O ključnim prirodnim faktorima koji dovode do neprekidnih promena osunčavanja Milanković kaže:
„Obrtanje Zemlje oko svoje ose ima kao posledicu smenu dana i noći, a njeno kruženje oko Sunca tok godišnjih doba; uzajamno privlačenje planeta polako ali stalno menja oblik i prostorni položaj Zemljine putanje; precesija Zemljine ose dovodi do toga da se i ekvinocijalni položaji Zemlje premeštaju duž ove promenljive putanje, a sve to ima kao neminovnu posledicu sekularni tok osunčavanja Zemlje.“
Ove promene mogu se, kako Milanković ističe, matematički prikazati i pratiti računski u prošlost i budućnost „istom onom tačnošću kojom astronomija rešava svoje probleme“. Zbog toga ovaj deo kosmičkog problema naziva astronomskim.
Drugi nerešeni deo ovog kosmičkog problema, kako ga Milanković naziva, „fizikalni deo“ odnosio se na vezu između osunčavanja i temperature vazduha i površine Zemlje.
„Krajnji efekat osunčavanja naše Zemlje je temperatura što je sunčevi zraci stvaraju na njenoj površini i u njenoj atmosferi. Da bi se našla veza između osunčavanja Zemlje i tih temperatura moraju se uzeti u pomoć i oni fizikalni zakoni po kojima sunčevi zraci prolaze kroz atmosferu i stižu do površine Zemlje, pa time stvaraju toplotno stanje Zemljine površine i atmosfere...“
Podrobno analizira taj, kako kaže, veliki kosmički problem i zaključuje:
„Treba, dakle, naći vezu između osunčavanja planeta i temperature njihove površine i atmosfere, rešiti taj fizikalni problem....“
Pa nastavlja:
„Ako bi mi, dakle, pošlo za rukom da i nju nađem, pa taj problem rešim, bar u njegovim glavnim linijama, u celom njegovom prostranstvu, onda bih time stvorio matematičku teoriju kojom bih mogao računskim putem pratiti efekte Sunčevih zrakova u atmosferi i na površini Zemlje i tim putem ocrtati glavne linije Zemljine klime stvorene dejstvom tih zrakova i kretanja Zemlje oko Sunca i oko svoje ose...
...Ta matematička teorija bi, obuhvativši glavne crte sadašnje klime Zemljine, mogla da ispita i opiše klimu davne prošlosti kada su elementi Zemljine putanje bili različiti od sadašnjih, pa time da reši i problem ledenih doba...
...I otišla bi još mnogo dalje budući da se sve planete Sunčevog sistema kreću oko naše zvezde približno kružnim putanjama koje leže u skoro istoj ravni. Matematički principi osunčavanja morali bi da važe za njih podjednako kao i za Zemlju. Zato bi rezultati moje teorije važili i za te planete. Oni bi nam pružili prve pouzdane podatke o klimatskim prilikama tih dalekih svetova, o kojim se sada ništa pouzdano ne zna. Jednom rečju, takva teorija bi bila u stanju da prekorači granice naših neposrednih opažanja, ne samo u prostoru, već i u vremenu“.
Pronašao je izazov za kakvim je žudeo, dovoljno krupan problem da zaokupi njegovu energiju i darovitost genija – razviće matematičku teoriju koja je u stanju da objasni klimu na Zemlji, Marsu, Merkuru i Veneri, sada i u prošlosti. Moći će precizno da izračuna promene u klimi ne samo Zemlje, već i drugih planeta Sunčevog sistema - stotinama hiljada godina u prošlost, i isto tako da ih predvidi u dalekoj budućnosti.
„Uvideo sam da bi se tim naročitim velikim delom moglo sazidati zdanje jedne nove naučne oblasti. Razmišljao sam o domašaju matematičkog oruđa što sam ga postepeno izradio. Uvideh da, kad bi ga još nešto dopunio, da bih bio u stanju da pristupim rešenju tog velikog kosmičkog problema. Malo po malo, mogadoh ga obuhvatiti mislima u njegovoj celini.“
Put ka rešenju nije bio očigledan, ni lak. Iako su fizički zakoni koji određuju složene procese u atmosferi bili formulisani još u prvoj polovini 19. veka, kompleksnost ovih zakona u matematičkom pogledu uslovila je da se tek početkom dvadesetog veka prvi put počelo razmišljati o mogućnostima prognoziranja vremena na osnovu sadašnjeg stanja atmosfere, rešavajući numeričkim putem složeni sistem diferencijalnih jednačina. O problemu prognozljivosti vremena, nezavisno od drugih naučnika u svetu, još 1912. godine razmišljao je i Milutin Milanković. Odmah je shvatio svu težinu problema, ističući da:
„nepravilnost rasporeda kopna i mora, naboranost kontinenata, morske struje i strujanja u atmosferi praćena njenim talozima, smena dana i noći i uzastopnost godišnjih doba, sve to ima odjeka na termičke i dinamičke pojave u Zemljinoj atmosferi, i sve se to dešava u toliko komplikovanoj meri da, bar za sada, izgleda nemogućno podvrći te pojave matematičkoj analizi u tolikoj meri da bi se mogla predskazivati njihova uzastopnost.”
Tada prisutni problemi vezani za prognozu vremena nisu obeshrabrili Milankovića. Kao vrsni matematičar i dobar poznavalac fizičkih zakona, zaključio je da svaki predeo Zemlje ima svoju srednju klimu koja se, kao što to pokazuju prikupljeni istorijski klimatski podaci, nije osetno promenila tokom vekova, i da ta srednja klima može biti predmet njegovog matematičkog ispitivanja, a ne lokalni atmosferski poremećaji, čije praćenje i prognoziranje dostiže svoj procvat tek sa pojavom superkompjutera u drugoj polovini dvadesetog veka.
„Toplotna snaga koju daje Sunce opada isto kao i privlačna snaga Sunca, sa kvadratom rastojanja. Ako bi se, dakle, uspelo, da se odredi odnos između stanja ozračivanja i temperaturnog stanja planeta, onda bi bilo moguće da se iz jačine Sunčevog zračenja i mehanizma našeg planetskog sistema matematički opiše i numerički prikaže tok tempretaturnih pojava na površini planeta.“
Uviđajući da se sve ove promene, zahvaljujući sfernoj astronomiji i nebeskoj mehanici, mogu matematički egzaktno objasniti, i korak, po korak, pratiti u daleka doba, Milanković je ovaj veliki kosmički problem postavio kao ciljnu tačku svojih naučnih istraživanja.
U vreme kada Milanković počinje da se bavi naučnim radom na astronomskoj teoriji, rasprostiranje količine toplote, što je Sunčevi zraci donose na Zemlju i ostale planete, nije bio u žiži interesovanja tadašnje nauke. Saznanje da ovo polje još uvek nije istraženo, podstaklo je mladog naučnika da razmišlja o rešenju problema osunčavanja planeta, posebno Zemlje, i o termičkim pojavama na njihovim površinama kao krajnjem efektu ovog osunčavanja, otvarajući na taj način složeno naučno pitanje koje je zahtevalo rešavanje čitavog niza složenih problema, kao i primenu savremenih znanja iz mnogih naučnih oblasti.
Količina toplote koja sa Sunca dospeva na Zemljinu površinu zavisi od kvadrata rastojanja od Sunca, oblika i dimenzija orbite, kao i od ugla pod kojim Sunčevi zraci padaju na određenu površinu, koja se menja prostorno, s promenom geografske širine, i vremenski, prateći stalne, spore, ali postojane promene orijentacije i nagiba ose rotacije i ekscentriciteta putanje.
Uz pomoć Njutnovog zakona gravitacije i zakona zračenja, dokazao je ulogu astronomskih činilaca u pokretanju mehanizma toplotnih promena na Zemlji i drugim planetama. Dokazao je da geometrijske karakteristike Zemljine orbite uslovljavaju količinu Sunčeve energije koja stiže na jedinicu površine gornjeg sloja atmosfere, a njene periodične promene menjaju sezonsku i prostornu raspodelu osunčavanja, što ima za posledicu promenu klime.
Svoj naučni plan rešavanja ovog velikog kosmičkog problema, Milanković je izradio veoma temeljno. Prvi cilj bio mu je da opiše geometrijske karakteristke putanje svake planete i da pokaže kako su se te karakteristike menjala tokom proteklih vekova.
Pri planiranju ovih proračuna, Milanković je otkrio da je samo sedam godina ranije, 1904. godine, nemački matematičar Ludvig Pilgrim završio astronomske proračune varijacija sva tri ključna svojstva (ekscentricitet, precesija, i nagib ose rotacije) u toku proteklih milion godina, koji su mu bili neophodni za realizaciju planiranog naučnog istraživanja, što mu je davalo sigurnost da će uspeti u svom poduhvatu.
Sada se činilo da je njegov drugi cilj u vezi s izračunavanjem količine Sunčevog zračenja koje dospeva na površinu svake planete tokom svakog godišnjeg doba i na svakoj geografskoj širini, na dohvatu ruke.
Razvivši matematičku mašineriju koja će mu omogućiti da proračunava osunčavanje na bilo kojoj datoj geografskoj širini i za bilo koje godišnje doba, Milanković je bio spreman da krene u realizaciju svog trećeg cilja: matematički opis klima na Zemlji u prošlosti. Planirao je da to postigne izvlačeći krivu koja će pokazati varijacije u osunčavanju odgovorne za niz ledenih doba.
U periodu od 1922. do 1930. godine, Milutin Milanković izračunava krive osunčavanja za geografske širine: 55°, 60° i 65° severne hemisfere za kvartarno doba, a od 1930. do 1940. godine, radi na ostvarivanju svog četvrtog cilja: izračunava u kolikoj meri ledeni pokrivači reaguju na datu promenu osunčavanja.
Bilo je onih koji su o pojavi ledenih doba i do tada razmišljali na sličan način kao Milanković, ali niko od njih nije posedovao dovoljno matematičko znanje za rešenje toga problema.
U prvoj polovini XIX stoleća pojavilo se shvatanje da su sekularne promene Zemljinih putanjskih elemenata i parametara njene rotacije glavni uzrok klimatskih promena i smene ledenih i toplih perioda u geološkoj prošlosti. U pionire astronomske teorije klimatskih promena svrstavaju se Ademar i Krol. Bilo je, međutim, potrebno da se, skoro vek kasnije, pojavi Milutin Milanković, da na pravi način i odgovarajućim sredstvima poveže sve neophodne “sastojke”, pa da tako nastala teorija dâ upotrebljive rezultate, uporedive i proverljive na osnovu različitih nezavisnih klimatoloških, geoloških, geofizičkih, paleontoloških i drugih istraživanja.
Među najznačajnije istraživače koji prethode Milankoviću, čije ideje, metode i rezultate je on koristio, dopunio i unapredio za praćenje razvoja njegovog “kosmičkog problema”, treba, pre svih, spomenuti Lagranža, Laplasa, Agasiza, Leverijea, Ademara, Stokvela, Krola i Pilgrima.
