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地球、月球、太阳和行星的运动模式都是可预测的。这些模式可以用引力和守恒定律来解释,反过来,它们又可以解释地球上观察到的许多大规模现象。行星绕太阳的运动可以用开普勒的三条经验定律来预测,而这三条定律又可以用牛顿引力理论来解释。这些轨道也可能由于其他天体的引力作用或碰撞而发生一定变化。地球绕太阳运行轨道形状的逐渐变化(数十万年),加上地球自转轴(或旋转轴)的倾斜,改变了照射到地球上的阳光的强度和分布。这些现象导致了气候变化的周期,包括相对较近的冰河时代周期。