Кеплер — придворный математик в Праге: «Новая астрономия» и «Диоптрика»
В 1597 г. Кеплер женился на Барбаре Мюллер фон Мулек, богатой молодой вдове 23 лет. Тем временем, после визита эрцгерцога Фердинанда к Папе Клименту VIII, все некатолики были изгнаны из Штирии. Кеплер пытается с помощью своего старого учителя Мёстлина получить место в университете Тюбингена, но это ему не удается. Однако неожиданно приходит другое решение вопроса: Браге приглашает Кеплера нанести ему визит в замок Бенатек, в окрестностях Праги. 1 августа 1600 г. более тысячи человек были изгнаны из Штирии. Кеплер пишет Мёстлину, что он никогда не мог бы представить, что по религиозным мотивам и именем Христа можно принести людям столько страданий, лишив их дома, друзей, всего имущества. В Праге Тихо Браге предлагает Кеплеру стать его помощником. Однако очень скоро, 24 октября 1601 г., Браге в возрасте 55 лет умер. Император Рудольф II назначает Кеплера «имперским математиком», с жалованьем вполовину меньшим, нежели получал Браге, и вменяет ему в обязанность завершить работу над «Рудольфинскими таблицами» (Tabulae rudolphinae).
В 1604 г. Кеплер публикует труд по геометрической оптике «Паралипомены к Вителлию» (Ad Vitellionem paralipomena),
который стал вехой в истории науки. Работа состоит из 11 глав. В ней рассматриваются и совершенствуются идеи, высказанные ранее Альгазеном (Ибн аль Хайсамом) и Вителлием, очень схожие с концепцией Франческо Мавролика (1494—1577). Большое значение имеет пятая глава этого труда: «... в ней впервые природа зрения объясняется тем, что световой раздражитель, достигая сетчатки глаза, дает изображение; спроецированное, оно оказывается перевернутым. Но такое переворачивание не дает отрицательного эффекта, ибо проблема заключается в определении правила, в соответствии с которым реагирует глаз, располагая изображение, когда он получает определенные раздражения. Правило следующее: когда изображение внутри глаза находится внизу, видимая фигура должна быть сверху и наоборот; подобным образом, когда изображение на сетчатке — справа, значит, видимая фигура — слева и наоборот» (В. Ронки). Кроме того, в первой главе Кеплер дает принципиально новое определение света: 1) «Свету присуще свойство распространяться от источника на большое расстояние»; 2) «Распространение света из любой точки происходит по бесчисленному множеству прямых линий»; 3) «Свет сам по себе может распространяться до бесконечности»; 4) «Линии этих распространений прямые и носят название лучей». В этих четырех предложениях, комментирует Васко Ронки, содержится определение светового луча, которое впоследствии будет окончательно принято геометрической оптикой. В 1609 г. выходит «Новая астрономия», которую, сопроводив посвящением, Кеплер посылает императору Рудольфу II. Два основных принципа современной астрономии описывают движение Марса — это победа над богом войны; Кеплер пленил планету, положив ее к ногам императора. Но и у Марса много родственников: Юпитер, Сатурн, Венера, Меркурий и т. д., с которыми нужно сражаться, чтобы победить. А чтобы продолжать битву, нужны средства, и Кеплер просит денег у императора.