Кинематическая геоцентрическая модель мирав завершенном виде была разработана во 2 в. н.э. древнегреческим математиком, географом и астрономом Клавдием Птолемеем (родился в Птолемаиде - городе в Среднем Египте, а жил и работал в Александрии; помимо своего главного труда по астрономии - “Альмагеста”, он написал ряд других трактатов, среди которых особо выделяются “География” в 8 книгах с приложением первого географического атласа из 27 карт, где дана сводка географических сведений античного мира, и “Оптика” в 5 книгах, где изложены исследования по преломлению света на границе двух сред и рефракции, порождающей “оптические обманы”; Птолемей проделал в целях получения единой датировки астрономических событий нелегкую работу историка, составив ”Хронологический канон царей” - хронологическую таблицу правления всех царей Вавилона, Персии, Македонии, Египта и Римской империи в течение последних 10 веков: с 8в. до н.э. по 2в. н.э.). Он уточнил и развил геоцентрическую систему Гиппарха, использовав для этого рассуждения Аполлония Пергского и Гиппарха об эпициклах и эксцентрах, а также собственные астрономические наблюдения, проведенные в Александрии между 127 и 141 гг.
Его математическая теория движения планет, Луны и Солнца вокруг неподвижной Земли получила название Птолемеевой системы мира. Труд Птолемея “Великое математическое построение астрономии в XIIIкнигах” (Птолемей завершил его в возрасте 50 лет около 150 г. н.э., и еще в древности этот трактат греки стали называть “Мэгисте” - “величайший”, откуда позже произошло арабизированное название “Альмагест”, укоренившееся в латинском и в европейских языках) стал энциклопедией астрономических знаний древних и учебником по астрономии для многих будущих поколений астрономов. Теоретическая модель мира, разработанная Птолемеем и использовавшая комбинации эпициклических и эксцентрических равномерных вращений небесных тел, описывала изменения их реальной скорости на разных участках небесных траекторий не только качественно, но и количественно. Тем самым, модель не только объясняла видимые с Земли движения небесных тел, но и впервые позволяла достаточно точно предвычислять их положения на небосводе, т.е. носила предсказательный характер (астрономы Вавилонии и Древнего Египта не строили математических моделей Вселенной и предсказывали положения небесных тел на основе данных сароса и арифметических операций с ними). Платон считал такую задачу непосильной для человеческого разума, а Цицерон - труднейшей и важнейшей задачей науки. “Альмагест” оставался непревзойденным образцом изложения всей совокупности астрономических знаний и организации естественнонаучного знания в единую теорию вплоть до появления в 1543 г. трактата Николая Коперника “Об обращении небесных сфер” [1,3-5,8,11-13,20,21].
“Альмагест” начинается с изложения прямолинейной и сферической тригонометрии (от греч. trigononтреугольник + metronмера = раздел математики, изучающий прямые и обратные тригонометрические функции, т.е. функции угла), приведенных Птолемеем в стройную систему и существенно им дополненных (в частности, он определил более точно отношение длины окружности к ее диаметру, т.е. значение числа π=3 и 17/120 ≈ 3,14167...; вычислил таблицу синусов, которая в течение ряда веков служила единственным вспомогательным средством для решения тригонометрических задач). Далее Птолемей дает описание астрономических инструментов (два из них - астролябия и стенной круг - были введены в употребление самим Птолемеем) и приводит каталог положений и звездных величин 1022 звезд (погрешность звездных долгот и широт у него не превысила 0,4-0,6 градусов, а видимых звездных величин - 0m,5). Рассматривая движение светил, Птолемей указывал, что суточное движение их можно объяснить как вращением Земли, так и вращением всего “мира”, причем, по его мнению, обе точки зрения геометрически эквивалентны (он привел доводы, на основании которых большинство ученых считали в те времена Землю неподвижной). Птолемей отметил, что его основной целью являются практические задачи, для решения которых он считал более правильным и простым исходить из предположения о неподвижности Земли. Он несколько раз цитирует Аристарха Самосского, но остается неясным, были ли известны Птолемею сочинения Аристарха о движении Земли вокруг Солнца.
Теорию движения СолнцаПтолемей изложил по Гиппарху (эксцентрический путь), а теорию движения Луны Птолемей существенно дополнил открытием эвекции (“покачивания” лунного апогея, или периодического, с периодом 31,8 суток изменения формы лунной орбиты), и построенные им таблицы представляли движение Луны несравненно лучше, чем теория Гиппарха (это впервые обеспечило достаточно точное предвычисление солнечных и лунных затмений). Известную неравномерность видимого движения Луны по круговой орбите вокруг Земли Птолемей представил комбинацией двух равномерных движений: эпицикла по деференту, центр которого совпадает с Землей, и Луны по эпициклу. Особо большие трудности Птолемей преодолел, создавая теорию движения планет, хотя и здесь, в целях объяснения и расчета попятного движений планет, он воспользовался методом разложения их видимых движений на движения по деферентам и эпициклам. В его модели внешние планеты Марс, Юпитер и Сатурн равномерно движутся по эпициклам, центры которых равномерно перемещаются по большим деферентам, в центре которых находится неподвижная Земля, а внутренние планеты Меркурий и Венера движутся непосредственно по деферентам вокруг Земли. В некоторых случаях им вводится для небесных тел не одна пара “деферент-эпицикл”, а система из деферента и нескольких эпициклов: первый эпицикл движется по деференту, по окружности же этого эпицикла движется центр второго эпицикла, по которому, в свою очередь, движется центр третьего эпицикла и т.д. (чем точнее были наблюдения орбит планет, тем сложнее была система эпициклов). Сама планета в такой системе находилась на последнем эпицикле.
Планетные теории Птолемея подготовили создание Коперником гелиоцентрической системы, дав последнему не только весь необходимый математический аппарат, но и зависимости между движениями планет и Солнца, или “солнечные возмущения”, которые до открытия в 17 в. телескопа были единственным доказательством справедливости новой, гелиоцентрической системы мира [1,6,8,13,20,21].