开普勒在得到第一和第二定律时，并没有使开普勒停止自己的研究步伐，他继续努力以探索更深刻的天体运动规律。他耗费了大量时间和精力去计算和分析行星与太阳的距离和行星公转周期之间的关系。开普勒以地球到太阳的距离为基本的标准，推算出其他行星到太阳的距离。又把当时已经知道的各个行星的周期一一列出。然后，他在一大堆数字中试着做各种极为枯燥繁琐的运算。在遭遇了无数次失败后，终于发现行星轨道的半长轴的立方与周期的平方成正比例，即a3/T2=常数。这就是行星运动第三定律。
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