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近代天文學的興起（哥白尼的革命）
哥白尼
第穀
開普勒
伽利略
牛頓
十七世紀的其他天文學傢
霍羅克斯
赫維留
惠更斯
G.D.卡西尼
羅默
十八、十九世紀天文學
天體測量學的成就
天體力學的發展
太陽系的研究
恒星天文學的研究
天體物理學的誕生
二十世紀天文學
經典天文學的進展
天體力學的新成就
天體測量學的貢獻
天體物理學的進展
光學望遠鏡和天體物理方法的發展
太陽系的探測
恒星起源和演化的研究
銀河系
星系世界
光學波段以外天體輻射的探測
射電波段
紅外波段
紫外波段
X波段
γ波段
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從十六世紀哥白尼的革命開始，天文學的發展進入瞭全新的階段。自那時以來，大致可以劃分成三個時期：①十六、十七世紀：天文學在擺脫宗教束縛的同時，逐步形成一門近代科學。它從主要單純描述天體位置和運動的古典方位天文學、天體測量學，向著尋求這種機械運動的內在規律及其力學原因的天體力學發展。②十八、十九世紀：經典天體力學達到瞭鼎盛時期。由於分光學、光度學和照相術的發展，天文學更深入地向著研究天體的物理結構和物理過程的天體物理學方向發展。③二十世紀：現代物理學和現代技術的發展使天體物理學成瞭天文學的主流，使經典的天體力學和天體測量學也有瞭新的發展。人們對宇宙的認識達到瞭空前的深度和廣度。
近代天文學的興起（哥白尼的革命）
在中世紀的黑夜之後，天文學在歐洲以意想不到的力量一下子重新興起，並且以神奇的速度發展起來。“奇跡”的產生應歸功於生產的發展。從十字軍遠征以來，由中世紀市民等級所創立的工業生產和商業獲得瞭巨大的發展。商品經濟的發展導致遠洋航行的發達。為此，人們迫切需要天文儀器，需要精密的恒星、行星的星表，當然也需要發明測定經緯度的方法。這就為天文學的發展提供瞭巨大的推動力。而冶金、機械制造等生產部門的發展，印刷術的傳播，則為天文學的發展提供瞭物質條件。
隨著生產的發展，資本主義生產關系在歐洲封建社會內部逐漸形成和發展起來。和資產階級的經濟、政治利益相適應，十四、十五世紀以來，歐洲文化上也出現瞭新的運動。它的主要內容就是人文主義思想：反對中世紀的神學世界觀，擺脫教會對人們的思想束縛，沖破各種神學的或經院哲學的傳統教條。這個以文藝復興為名的運動開創瞭歐洲文化和思想發展的一個重要時期。
由於亞裡士多德多於－托勒密的地心體系成為中世紀神學世界觀的一個支柱，天文學的發展卻證明這個地心體系的破綻越來越多。於是，天文學就成為沖破神學束縛的一個突破口。文藝復興的思想解放運動為打破地心體系提供瞭思想動力和精神基礎，而這個體系的打破又給予宗教神學以沉重的打擊，使文藝復興運動更加氣勢磅礴。天文學也由此首先進入近代科學的大門。
哥白尼 文藝復興時期已有許多進步思想傢和天文學傢對破綻百出的地心體系表示懷疑。但是，真正打破這個體系的第一人是十六世紀偉大的波蘭天文學傢哥白尼。他分析瞭托勒密體系，經過幾十年的研究，建立起一個嶄新的宇宙體系──地球是一顆行星，和別的行星一樣，都在同心圓周上圍繞太陽運行。行星排列的次序:水星在最內的圓周上，依次往外是金星、地球、火星、木星，土星在最外的圓周上。月球圍繞地球運行，同時也被地球帶著圍繞太陽運行，恒星則在遙遠的空間裡。這個既簡單而又基本的發現，使人們對於宇宙的看法從主觀的、神秘的、原始的見解，進步到近代的、客觀的、合理的見解。這體系引起一系列思想上的革命，人們從此擺脫瞭對神學和古代經典的權威的迷信，以事實作為知識的來源，靠實踐判斷理論的真偽。因此，哥白尼論述這個日心體系的《天體運行論》一書，被恩格斯譽為“自然科學的獨立宣言”。
第谷 哥白尼死後三年多，在丹麥誕生瞭一位卓越的天文觀測者──第谷。他的工作對哥白尼的體系的鞏固和發展起瞭很大作用。第谷受到丹麥國王的資助，修建瞭一座華麗的天文臺。他和一群助手在那裡工作瞭二十多年。第谷曾經提出過一種折衷的宇宙體系──行星繞太陽運動，太陽繞地球運動。但是，這個體系在歐洲沒有發生什麼作用。第谷的功績在於制造儀器和觀測。他認為，隻有依靠大量的精密觀測記錄，才能夠創立正確的行星理論，並計算出可靠的行星表。因此，他特別勤懇地觀測太陽、月球和行星的方位，並作出精確的記錄。第谷快要逝世時，將珍貴的觀測記錄贈給他的助手開普勒。
開普勒 這位哥白尼派的信徒發現，對於火星運動來說，不論按哥白尼體系或托勒密體系，乃至第谷設想的折衷體系，都不能得到和第谷的觀測相合的結果。雖然最大誤差隻有8′，但是，他堅信觀測結果是正確的。他在分析瞭哥白尼體系和托勒密體系以後，發現它們有一個共同點，那就是二者都認為天體是沿圓周作勻速運動的。開普勒敏銳地感覺到，可能正是這一點是有問題的。於是他為火星設想瞭種種軌道曲線。經過瞭十多年的辛勤勞動，進行不斷的嘗試和復雜的計算，他終於在1609年和1619年分別發表對所有行星運動都適用的三條定律（見開普勒定律），從而對哥白尼學說作瞭第一次重大的發展。
伽利略 他是與開普勒同時代的意大利人。1609年，伽利略聽說荷蘭人發明瞭望遠鏡，便獨立地研究制造出愈來愈大的天文望遠鏡。1610年伽利略開始用望遠鏡觀察天體，隨即發現一些天象，這使他更加相信哥白尼理論的正確性。因此，他便愈來愈熱烈地宣傳哥白尼的體系。
在中世紀凡是不符合教會思想而另有主張的人，便會遭到迫害。意大利思想傢佈魯諾就是因為相信和宣揚哥白尼體系，攻擊亞裡士多德的哲學，批判羅馬教會的腐朽制度，而被處火刑燒死。1616年，伽利略的仇人從他的一部書中，摘出他敘述哥白尼理論的一段，向宗教法庭提出控告。法庭宣判說：“太陽居於宇宙中心的思想是一種邪說，至於不把地球放在宇宙中心，而認為在運動，雖非邪說，卻是謬論。”所以伽利略受到法庭警告，不許再提倡這類學說。同時哥白尼所著《天體運行論》被列為禁書。
可是暴風雨過去沒有幾年，為維護哥白尼的學說，伽利略又寫瞭一部書：《關於托勒玫和哥白尼兩大世界體系的對話》。這部書於1632年出版後，立刻遭到教士們的攻擊，並向教會法庭的異端裁判所提出控訴。於是這部書被列為禁書，伽利略也被召到羅馬受宗教法庭的審判。1633年他被判處終身監禁。伽利略後被保釋，改判為“居傢監視”，因此這位七十高齡的老人仍得繼續研究工作，直到1642年逝世。
牛頓 伽利略去世的那一年，牛頓在英國誕生。牛頓在大學求學時就已經接受瞭哥白尼的理論，並深深體會到開普勒和伽利略的工作的意義。開普勒認為是太陽的力量控制著行星在軌道上運行，但是，他沒有找到正確的力學規律。在開普勒和伽利略、惠更斯等人工作的基礎上，牛頓發現瞭萬有引力定律。他寫成瞭一部不朽的巨著《自然哲學的數學原理》。這部書奠定瞭近代力學的基礎，並表明哥白尼的日心體系是一個巨大的機械結構。牛頓證明使天體循一定軌道運動的因素是引力，並從引力定律出發將兩千年間的觀測貫串起來，一並加以說明。牛頓的成功摧毀瞭日心說的一切障礙。十八世紀初，西方各大學開始講授牛頓和哥白尼的哲學。
十七世紀的其他天文學傢 除上述天文學傢外，還有其他一些天文學傢也對哥白尼學說的勝利和天文學的發展作出貢獻：
霍羅克斯 這位英國天文學傢的主要成就是把開普勒的橢圓軌道理論應用到月球運動上去。他首先說明月球運動中的出差和二均差（見月球運動理論）都是月球軌道橢率變化的結果，而這種變化和月球軌道拱線的擺動是受到太陽引力的影響。
赫維留 這位波蘭業餘天文學傢在自己住宅的屋頂上建立瞭一座天文臺，曾對太陽黑子作辛勤觀測，因而定出相當準確的太陽自轉周期。他提出的光斑一詞一直沿用至今。1647年發表第一幅比較詳細的月面圖。1701年出版瞭他編制的赫維留星表。
惠更斯 這位荷蘭天文學傢發現瞭土星的光環和第一顆衛星。他的關於向心力的工作對牛頓萬有引力的發現起瞭重要的作用。他創造的天文擺鐘、復合目鏡等對天文儀器的進展有重要意義。他還闡明瞭佈魯諾提出的恒星都是宇宙裡的太陽的正確主張。
G.D.卡西尼 原籍意大利的法國天文學傢G.D.卡西尼（見卡西尼傢族）雖然不接受哥白尼學說，但是仍然致力於行星的衛星觀測。他發現瞭土星的四個衛星和土星光環（見行星環）中的暗縫，刊佈瞭第一份木星衛星歷表，為在海上測定經度的工作提供瞭重要條件。
羅默 這位丹麥天文學傢在巴黎天文臺工作期間，通過對木衛掩食的研究發現光速的有限性，並首次測得光速值。在這個基礎上，後來佈拉得雷才能發現光行差，為日心說提供瞭有力的證明。
十八、十九世紀天文學
十八、十九這兩個世紀是近代天文學的發展時期。由於技術的發展，天文望遠鏡及其終端設備、附屬配件的性能越來越好，這就使天體測量的精確度日益提高，從而導致瞭一系列重大發現，如恒星自行、光行差等。而天體測量學的進步，又推動瞭天體力學，使它在近代數學的基礎上得到極大的發展。另一方面，技術的進步使人們所認識的宇宙范圍越來越廣闊。十九世紀中葉，天體物理學誕生。從此，人們得以逐步深入地認識天體的物理本質。
天體測量學的成就 ①1725～1728年間，佈拉得雷在測定天龍座γ的視差時發現周年光行差現象。1727～1732年他又發現章動現象(見歲差和章動)；經過二十多年的觀測，終於在1748年確認章動的存在，並定出光行差常數。②1716年哈雷提出瞭觀測金星凌日的方法來定太陽視差。經過一個多世紀的實踐，效果仍不理想。小行星發現後，德國伽勒提出改用觀測小行星來定太陽視差。這個方法一直使用到現在。1895年所得結果為8.″802，同今測值已十分接近。③經緯度和鐘差的測定是這個時期中天體測量學的基本任務之一。完成這項任務的幾個重要環節是：1756年德國邁耶爾導出中星儀測時基本公式；十九世紀初高斯提出同時測定緯度和鐘差的多星等高法；1857年美國太爾各特改進瞭十八世紀丹麥赫瑞鮑的發明，提出測定緯度的太爾各特法。這些成果至今仍有實際意義。④緯度測定精度的提高，使德國屈斯特納得以在1888年發覺觀測站所在緯度的微小變化，由此證實瞭1765年歐拉預言過的極移現象的存在。1891年美國張德勒分析出極移的周期性。為瞭進一步提高測時測緯精度，1899年成立瞭國際緯度服務機構，由這個機構提供地極坐標。⑤在這兩個世紀中，天文學傢編制瞭許多星表，其規模越來越大，精度越來越高。其中著名的有1798年和1805年出版的兩冊《佈拉得雷星表》，它對近代恒星自行的研究超過重要作用。1859～1862年發表的《波恩巡天星表》，載星324，000多顆。直到二十世紀五十年代，國際天文學聯合會還要求重印這份星表及其所附星圖。1872年紐康編的N1星表和1879年、1883年德國天文學會分兩次發表的《奧韋爾斯基本星表》（FK星表）是兩個重要的基本星表系統的開端。
天體力學的發展 ①由於航海的需要，這一時期的天體力學首先致力於研究受到其他天體攝動的大行星和月球的運動，以求獲得一份精確的歷表。使用的方法，主要是分析的方法，也稱為攝動理論。1748年和1752年，歐拉在研究木星和土星的相互攝動中首創任意常數變易法，分析方法的研究主要由此開始。後來拉格朗日發展瞭歐拉的方法，導出描述軌道要素變化的拉格朗日方程。1799～1825年拉普拉斯出版《天體力學》，全面總結瞭十八世紀的工作，提出比較完整的大行星運動理論和月球運動理論。經過泊松、勒威耶、漢森等人的努力，到十九世紀下半葉，紐康建立瞭除木星和土星以外所有六個行星的運動理論；希爾建立瞭木星和土星的運動理論。他們的工作至今仍是編算天文年歷的依據（火星例外，1919年後采用F.E.羅斯改進的理論）。希爾的月球運動理論則是二十世紀E.W.佈朗理論的基礎。②在攝動理論的研究中，攝動函數的展開問題是個重要問題。在這方面有貢獻的是紐康，他創立紐康算符，簡化瞭運算的過程。③由於彗星和小行星常常有較大的傾角和偏心率，在研究它們受到的攝動時必須采用與大行星理論不同的方法。1843年，漢森創立絕對攝動法，以偏近點角為引數，使展開的級數迅速收斂。1874年，希爾提出以中間軌道為基礎的球坐標攝動法。1896年，波林用漢森理論研究赫斯提亞群小行星，建立瞭群攝動的分析方法（見彗星的運動和小行星的運動）。④純粹理論研究方面的重要貢獻有：1772年拉格朗日證明三體問題中有拉格朗日特解（見平面圓型限制性三體問題），這一結論為1906年開始發現的脫羅央群小行星的運動所證實。十九世紀末龐加萊等人建立瞭三體問題的積分理論。
太陽系的研究 ①早在十七世紀，荷蘭學者惠更斯就發現瞭火星極冠。1761年，俄國羅蒙諾索夫根據金星凌日的觀測作出瞭金星表面有大氣存在的正確結論。這一時期對大行星的研究主要還隻限於對它們作表面細節的觀測。此後不斷有人描繪火星表面圖。1877年以後，意大利斯基帕雷利繪制的火星表面圖較為有名。火星上有“運河”的設想便是他提出來的。②海王星的發現，是這一時期中最偉大的成就之一。1781年，F.W.赫歇耳（見赫歇耳一傢）偶然地發現瞭天王星。此後四十年中，它的計算位置與實際觀測始終不符。人們設想這是因一顆未知行星對天王星攝動的結果。1844～1846年，J.C.亞當斯和勒威耶各自獨立地進行瞭計算，伽勒根據勒威耶的推算，在1846年9月發現瞭海王星。③1772年，德國波得宣佈瞭反映行星距離規律的提丟斯－波得定則。天王星發現後證明也符合這條定則。因此人們開始註意並努力在這條定則所指出的木星和火星之間的空隙尋找未知天體。1801年，意大利皮亞齊發現瞭第一顆小行星──谷神星。高斯的計算表明，它的軌道正在木星和火星之間。第二年德國奧伯斯又發現瞭一顆小行星──智神星。1804和1807兩年又各有人發現一顆小行星。它們之所以被稱為小行星，因為它們的體積都很小。它們同太陽的距離都與谷神星相似。因此，奧伯斯提出第一個小行星起源的假說，認為小行星是一顆大行星崩潰後的碎片。④此後發現的小行星逐年增加，到1876年已達172顆。1877年，美國柯克伍德指出，由於受到木星強大的攝動，小行星空間分佈區域中有空隙。在空隙區域裡，小行星周期和木星周期成簡單比例。這個發現在天體動力學的演化研究上有重要意義(見小行星環的空隙)。⑤1758年底哈雷彗星回歸，證實瞭哈雷於1705年所作的預言。此後，彗星成為天文學研究的重要對象。1811年，奧伯斯提出，彗星是由微小質點所組成的，被一種帶電的斥力將它們拋向同太陽相反的方向。1877年，俄國勃列基興按斥力和太陽引力之比將彗尾分為三型，由此開始瞭近代彗星結構理論的研究。⑥太陽黑子觀測是在天體物理學誕生以前太陽研究中最有成績的一項。1826～1843年，德國施瓦貝根據長達十七年的觀測，得出黑子有10或11年的周期變化。1849年，瑞士R.沃爾夫追溯瞭直到伽利略的觀測，提出用統計方法研究黑子的消長規律，並定出標志太陽活動的指數，即沃爾夫黑子相對數。它至今仍為天文學界廣泛使用。
恒星天文學的研究 ①1718年，哈雷把他觀測到的恒星位置同喜帕恰斯、托勒密的觀測結果相比較，發現天狼、參宿四、大角等星的位置本身有變化，由此發現瞭恒星的自行。②1748年，佈拉得雷提出，恒星自行可能是太陽運動和恒星運動的綜合結果。1783年，F.W.赫歇耳通過對7顆星的自行的分析，得知太陽在向武仙座方向運動，此後又通過對27顆恒星的分析，求出運動向點是在武仙座λ附近，和今測點相差不到10°。1837年，德國阿格蘭德爾分析瞭390顆星的自行，證實瞭F.W.赫歇耳的結論。③英國賴特（1750年）、德國康德（1755年）、朗伯特(1761年)等人都提出瞭恒星組成一個有限的呈扁平圓盤狀的銀河系，而且銀河系外還有別的星系的思想。從十八世紀八十年代開始，F.W.赫歇耳首創用統計恒星數目的方法來研究銀河系結構。他計數瞭從赤緯-30°到+45°的117，600顆星。1785年，他接受瞭銀河系為扁平圓盤狀的假說。他的兒子J.F.赫歇耳曾到好望角計數恒星，再次證實瞭北半球的統計結論，並進而提出瞭銀河平面的概念，把它作為恒星系的基本定標平面。④1802年，F.W.赫歇耳從雙星間距離的測定中發現，有些雙星有互相環繞作周期運動的現象。後來В.Я.斯特魯維（見斯特魯維傢族）在愛沙尼亞使用遊絲測微器對雙星軌道進行瞭大量的精密測定。這項工作為研究恒星質量提供瞭重要的資料。⑤由於儀器的進步和技術的提高，十九世紀三十年代終於測出自哥白尼以來天文學傢長期尋求的恒星三角視差。1837年、1838年、1839年三年間，В.Я.斯特魯維、貝塞耳和英國T.亨德森分別報告瞭他們對織女一、天鵝座61和半人馬座α的觀測結果。從此，天文學傢才有可能獲得對恒星距離的科學認識。⑥1887年，В.Я.斯特魯維的孫子Л.О.斯特魯維從銀河系是個固體的假設出發，分析恒星的自行，得出銀河系自轉的結論；不過，所得出的角速度值很不準確。
天體物理學的誕生 ①1814年，德國夫瑯和費制成第一架分光鏡，用來觀測太陽，發現瞭太陽的光譜線。他所定的A、B、C、D等主要譜線的名稱一直沿用至今。1859年，德國基爾霍夫和本生合作研究光譜，發表分光學上的基本定律──基爾霍夫定律。從此，天體物理學便迅速發展起來，而不久以前發明和發展起來的光度學、照相術也為天體物理學的發展提供瞭重要手段。②基爾霍夫在1859年指出，太陽光譜裡的黑線是因光球發出的連續光譜被太陽大氣所吸收而造成的。他把這些譜線和實驗室裡各種元素的光譜加以比較，證認出太陽上有許多地球上常見的元素，如鈉、鐵、鈣、鎳等。這說明太陽大氣的溫度很高，而光球的溫度還要高得多。1869年瑞典埃斯特羅姆刊佈太陽光譜裡1，000條譜線的波長，因此便以他的姓命名他所定的波長單位(1埃=10-8厘米；埃，是埃斯特羅姆的縮寫)。這類波長表不斷得到發展。1886～1895年間，美國羅蘭刊佈新的表，載明從紫外區到紅光區的14，000條譜線的波長和大致強度。當時人們已證認出39種元素。此表到二十世紀仍在不斷擴充。③1869年，英國洛基爾觀測到日珥光譜中一條橙黃色明線，認為是未知元素“氦”所形成的。26年後，英國化學傢雷姆塞從地球上的礦物中把它分離出來。1869年，美國哈克內斯發現日冕所發出的主要是一條棕色譜線。次年經美國C.A.揚測定，認為是未知元素“佪”所產生。直到1941年才由瑞典分光學傢埃德倫作出解釋：它是鐵原子在高溫（達100萬度）下電離失掉14個外層電子後發出的禁線。④除太陽光譜外，人們也開始註意恒星光譜。1863年，意大利塞奇用低色散攝譜儀觀測恒星，進行光譜分類。1868年，他刊佈包含4，000顆星的星表，將恒星光譜分成四類，並猜想他所分成的藍白色星、黃色星、橙紅色和深紅色星這四類，一定與溫度有相當關系。1885年，美國E.C.皮克林首先使用物端棱鏡和照相方法拍得昴星團的光譜照片，由此便開始瞭恒星光譜分類的新時期。1890年，美國哈佛大學天文臺發表瞭第一份《亨利·德雷伯星表》（HD星表）。這個星表是根據莫裡的新方法分類的，將恒星按溫度遞降次序分為O、B、A、F、G、K、M、R、N、S各類。HD星表在二十世紀繼續擴充，成為包括全部8等以上的恒星和很多暗達11等的恒星的著名星表。⑤1865年，英國哈根斯將譜線證認工作擴充到恒星光譜，證認出參宿四、畢宿五等亮星裡有鈉、鐵、鈣等元素的譜線。他對恒星光譜線位置進行瞭細致的測量，因而在1868年發現因多普勒效應而產生的微小的譜線位移，由此他測出恒星正在接近或離開我們的視向速度。⑥十九世紀下半葉發明偏振光度計和光劈光度計，從此人們得以對恒星的光亮度進行科學的測量。1861年，德國澤爾納刊佈瞭第一個光度星表。恒星光度的系統測量使變星的研究得到迅速的發展。1872年，有人把大陵五的光度變化解釋為一顆暗星繞一顆亮星運行時彼此掩食的結果（見食雙星）。1880年，E.C.皮克林算出瞭這對雙星的軌道和大小。1888年，德國沃格耳根據對大陵五視向速度的研究也證實瞭E.C.皮克林的結果。對大陵五這類食變星的研究，使人們得到許多關於恒星的物理結構的知識。1889年，美國的莫裡發現瞭分光雙星。
二十世紀天文學
天文學在二十世紀的發展是空前的。十九世紀中葉誕生的天體物理學，一躍而成為天文學的主流。二十世紀四十年代後期打開瞭射電天窗，興起瞭一門利用波長從毫米到米的電磁輻射研究天體的新學科。六十年代，航天時代的到來，使天文學沖破瞭地球大氣的禁錮，到大氣外去探測宇宙的遠紫外、X和γ輻射。天文學開始成為全波段的宇宙科學，使我們得以考察大到150億光年空間深度的天象，並追溯早於150億年前的宇宙事件。二十世紀天文學進入瞭黃金時代，正在為闡明地球、太陽和太陽系的來龍去脈、星系的起源和星系的演化、宇宙的過去和未來、地外生命和地外文明等重大課題作出貢獻。
經典天文學的進展 天體力學的新成就 在二十世紀上半葉已經成熟的經典分析方法仍在繼續發展。較重要的成果有E.W.佈朗的月球運動理論和1919年F.E.羅斯改進的火星運動理論。除分析方法外，二十世紀初還出現一條新的發展途徑，這就是龐加萊提出的天體力學定性理論，其中包括變換理論、特征指數理論、周期解理論和穩定性理論，對以後的天體力學發展有較大的影響。十九世紀紐康證實水星近日點進動問題中有超差。這個問題用經典力學再也無法解釋。直到1915年廣義相對論問世後才得到解釋。
五十年代以後出現瞭兩個新的因素。一是人造衛星和空間探測器的發射，向天體力學提出瞭新課題，由此並發展成一個新的學科分支──天文動力學，專門研究這些飛行器的運動問題。二是快速電子計算機的出現，使計算的速度和精度有極大的提高，從而使需要繁重計算工作的天體力學數值方法得到迅速發展。從1968年開始，電子計算機已用於分析方法中的公式推導，因而使攝動理論也得到很大的發展。此外，六十年代建立的卡姆（KAM）理論，是對定性理論的重大發展。七十年代，三體問題的拓撲學研究成為一個活躍的領域。
天體測量學的貢獻 二十世紀以來，天體測量學有瞭飛躍的發展：①國際時間局、國際緯度服務、國際極移服務等國際機構的工作，定出全世界統一的時間服務和極移服務的標準。所采用的測時測緯儀器，除瞭光電中星儀、棱鏡等高儀、光電等高儀、天頂儀和照相天頂筒外，六十年代起陸續發展瞭人造衛星多普勒觀測、人造衛星激光測距、月球激光測距和甚長基線幹涉測量法（見甚長基線幹涉儀）等新技術。天文時計也由擺鐘發展為石英鐘和原子鐘。這些技術上的發展使天體測量的精度大為提高。②隨著觀測精度的提高，人們發現瞭地球自轉的不均勻性，並由此出現瞭從世界時到歷書時更進到原子時這樣的時間計量系統的發展過程。同時還深入研究瞭地極的周年擺動、張德勒擺動和長期極移。地球自轉的理論研究與地球有關分支學科相互滲透形成瞭天文地球動力學這個邊緣學科。③隨著基本天體測量學和照相天體測量學的發展，出現瞭GC、FK3、N30和FK4等基本星表以及一系列照相星表，1984年還將編出新的基本星表 FK5（見星表）。隨著射電天文方法和空間技術的發展，六十年代到七十年代還出現瞭射電天體測量學和空間天體測量學這兩個新的學科分支。④十九世紀末建立的紐康天文常數系統使用瞭近七十年之後，終於出現瞭新的天文常數系統──1964年國際天文學聯合會天文常數系統。1984年起還將采用更新的1976年國際天文學聯合會天文常數系統。
天體物理學的進展 光學望遠鏡和天體物理方法的發展 八十年來，鏡面材料、精密機械和自動控制的進展，極大地改善和增強瞭天文學傢的望遠能力。十九世紀末，還隻有美國利克天文臺一架0.9米反射望遠鏡，到1978年，口徑2.0～6.0米的大型反射望遠鏡已有23架，另有13架正在建造。大型天文光學儀器在南半球分佈較少的局面正在改變。七十年代以來一直在研制有效口徑為10～25米的下一代望遠鏡。B.V.施密特1931年發明的折反射望遠鏡（後人稱這種新型的強光力和大視場的照相裝置為施密特望遠鏡），近半個世紀以來一直是探索銀河系和河外深空的有效工具。在十九世紀末，照相底片是人眼以外唯一有效的輻射接收器。二十世紀初開始光電光度技術的實驗。第二次世界大戰後出現多種高效能的光電轉換裝置，探測到以往用同樣聚光設備不可能記錄到的微弱輻射，同時提高瞭觀測和處理天文底片的自動化程度。
多色測光方法是在古老的目視光度測量的基礎上發展起來的，但現在有瞭新的天體物理含義。采取這種方法獲得關於天體的表面溫度、顏色、分光能量分佈、本征光度、距離、星際紅化等情報。天體多色測光和天體分光光度測量都是以光譜理論為基礎的，是瞭解天體視向運動、星族屬性、物理參量和化學成分的最有效方法。H.L.約翰遜、摩根、斯特龍根、O.斯特魯維等都為實測天體物理作出創造性的貢獻。1910年，德國的威爾森等測定瞭恒星溫度，進而算出恒星的直徑。另一方面，理論天體物理研究有瞭新的發展。愛丁頓、米爾恩、佩恩－加波希金、昌德拉塞卡、M.史瓦西等人運用理論天體物理方法，卓有成效地探討瞭恒星大氣理論、恒星和行星的內部結構、星際物質的特性和狀態、恒星的能源和演化。目前，人們正在用這種方法去解星系世界的過程和演變之謎。
太陽系的探測 太陽是一個典型的恒星。我們對恒星的大氣、內核和能源的知識，很多來自太陽。十九世紀最後十年，美國海耳和法國德朗達爾分別發明太陽單色光照相儀和太陽譜線速度儀，從而開始瞭現代太陽研究的新時期。他們通過單色光觀察太陽的光球和色球，發現瞭鈣雲（譜斑）。在海耳的倡議下，卡內基研究所於二十世紀初籌建瞭威爾遜山天文臺，安裝瞭太陽塔和分光設備，廣泛地巡視太陽，發現瞭黑子的磁性和22年的磁周期。巴佈科克父子繼承海耳的太陽研究傳統，於二十世紀五十年代初，研制出太陽光電磁像儀，進一步推動太陽活動規律和活動區物理的探討。1931年法國李奧制成日冕儀，使人們在不發生日食的時候也能觀察日冕，探索太陽高層大氣。五十年代以來，射電觀測已成為太陽服務的常規項目，X射線太陽巡視也是小型天文衛星的主旨之一。1962～1975年間發射瞭8個環繞地球的軌道太陽觀測臺(OSO)，1973年天空實驗室進入軌道，都為深入認識太陽活動和日地關系提供瞭空前豐富的資料。
半個多世紀以來，對太陽系天體的地面光學觀測和研究工作取得顯著成就。1930年，湯博發現冥王星。在已確認的34顆行星衛星中，有12顆是二十世紀探索到的。1978年以來又發現某些小行星也有衛星。空間天文時代的到來，使太陽系天體的探索從觀測科學轉變為考察和實驗科學，飛臨考察和就地實測都取得劃時代的成就。1969～1972年，12人登上瞭月球。1974～1975年就近觀察水星，揭示瞭水星滿佈環形山的面貌。1975年以來，空間探測器多次穿越金星的濃密大氣，在下降航程中，完成多項實測。1976年，無人實驗室在火星表面兩處著陸，就地考察。1972～1977年發射的4架探測太陽系外圍空間的探測器，都已先後飛掠木星，發現瞭木星的幾顆新衛星（尚待確認）和木星的光環（見行星環）。
恒星起源和演化的研究 十九世紀末，哈佛大學天文臺在E.C.皮克林和坎農的領導下，根據物端棱鏡光譜，著手恒星分類。1890～1936年，陸續出版載有272，150顆恒星光譜一元分類的《亨利·德雷伯星表》(HD星表)及其補編（HDE星表），為建立恒星表面溫度序列奠定瞭基礎。1905年，赫茨普龍根據光譜特征，確認恒星有巨星和矮星之分。二十世紀頭十年，他在1905～1907年和H.N.羅素在1913年分別繪制銀河星團的星等－色指數圖和已知距離的恒星的絕對星等-光譜型圖，從中發現恒星分佈的規律。絕大多數恒星處在所謂的主星序上，而巨星和白矮星則分別彌漫在主星序之上的巨星分支中和主星序的左下角。H.N.羅素還提出恒星在圖上的演化走向。後人把恒星的光譜光度圖稱為赫羅圖。1937年柯伊伯首先發現，一些銀河星團在赫羅圖上的位置差異可以用年齡不同加以解釋，這說明赫羅圖是探討恒星演化的有效工具。
1938年貝特指出，主序星的能源是氫變氦的熱核反應，成功地闡明瞭恒星的產能機制，為理解太陽型恒星1010年的演化程奠定瞭基礎。到五十年代末，由於斯特龍根、赫比格、桑德奇等人的研究，已能描述不同質量的恒星在主星序前的105～107年的流體動力階段和108～1011年的主星序氫燃燒階段等的演化情況，氫燒盡後離開主星序的走向，以及可能有的最後歸宿。博克等人的光學觀測，以及六十年代以來貝克林、斯特羅姆等人的紅外觀測，都表明恒星起源於星際暗雲，因吸積、收縮而成原恒星（或稱星胚或星胎）。林忠四郎、拉爾森對此階段的演化作瞭理論描述。當前的目標是繼續探索最年輕的恒星的演化，紅巨星前後的演化，質量損失，爆發活動以及其他不穩定過程在演化中的地位和作用，恒星的晚期演化，等等。人類對恒星的形成和演化的認識和理解，是二十世紀天文學的一項重大成就。
銀河系 二十世紀初，卡普坦通過恒星計數和光度函數的統計研究，建立瞭以太陽系居中的、直徑長40，000光年的銀河系模型。1918年，沙普利對太陽系為銀河系中心的傳統觀念提出挑戰。他分析瞭當時已知的球狀星團的視分佈，並根據造父變星的周光關系估算它們的距離，從而得出銀河系是直徑300，000光年、厚30，000光年的透鏡型的恒星和星雲系統。銀河系中心在人馬座方向，太陽距銀心50，000光年。這是哥白尼日心說以來，宣佈太陽系並非居宇宙中心地位的壯舉。半個世紀中，沙普利模型的形狀經受瞭新的觀測事實的考驗，已為世人所公認。不過，由於不正確地假定星際間無吸光物質，對距離尺度估計得偏高。直到1930年，特朗普勒通過研究銀河星團而證實星際吸光的存在，才重新訂正銀河系模型的大小。今日的公認值是直徑約81，500光年、厚約3，300～6，600光年，太陽距銀心約32，600光年。
1926年，林德佈拉德指出，恒星運動的不對稱效應是銀河系自轉的反映。隨後，銀河系的較差自轉為奧爾特所證實，並求出太陽以每秒250公裡的速度，沿圓軌道繞銀心運動，估計2.5億年公轉一周。他還估算出銀河系的質量是1.4×1011太陽質量。根據河外星系的啟示，人們推測銀河系也有旋渦結構。五十年代初，摩根的高光度星空間分佈研究和奧爾特等人的中性氫21厘米譜線射電分析，都確切地描繪出銀河系旋渦結構和旋臂。六十年代，林傢翹比較成功地用密度波理論解釋瞭旋渦結構及其維持機制。
1944年，巴德基於星團赫羅圖的研究，提出星族概念，並將恒星劃分為星族Ⅰ和星族Ⅱ兩大類。1957年，在梵蒂岡召開的一次國際學術會上，按照恒星的空間運動速度、距銀道面的距離、向銀心的聚集程度、氦含量和年齡等參量，把星族又細分為中介星族Ⅰ、旋臂星族（極端星族Ⅰ）、盤星族、中介星族Ⅱ和暈星族（極端星族Ⅱ）。這五個次系的成員天體構成銀冕、銀暈、銀心、銀盤和旋臂。
星系世界 1912年，勒維特觀測小麥哲倫雲的造父變星，發現周光關系，從而推測小麥哲倫雲的距離可能十分遙遠，也許在銀河系之外。1924年底，哈勃宣佈他利用造父變星的周光關系，計算出仙女星系(M31)、人馬不規則星系(NGC6822)的距離，指出它們是銀河系以外的恒星系統。從那時起，誕生瞭星系天文學。古老的宇宙島觀念被證明是客觀現實；在銀河系之外“天外有天”的大宇宙概念的建立，是二十世紀天文學的又一重大成就。
1929年，哈勃發現河外星系的譜線紅移量和星系距離成正比關系。假若承認紅移是天體退行運動的多普勒效應，那麼紅移－距離關系意味著星系普遍退行，而它們所處的空間整體在膨脹。宇宙膨脹正是相對論宇宙學所預期的結果之一。1956年，M.L.哈馬遜把紅移－距離的線性關系擴展到紅移z=0.20，即退行速度達到光速的1/5。1977年，桑德奇更延伸到z=0.75，即退行速度為光速之半。按此而求出的距離已超過50億光年。這就是我們生活於一個不斷運動並演化著的宇宙中的觀測依據。
六十年代，在星系世界陸續發現瞭以106～108年為時間尺度的激擾現象和活動異常的特殊天體，例如，河外射電源和X射線源、類星體。與以1010年為演化尺度的絕大多數正常星系相比，它們的存在隻是短暫的瞬間。七十年代以來，探索遠達百億光年以上的宇宙深空已成為現代天文學的主要課題。
光學波段以外天體輻射的探測 下面按各種波段分別敘述。
射電波段 雖然早在三十年代初央斯基等人就發現瞭來自地球以外的宇宙無線電波，但通過光學波段以外的天窗，用無線電方法接收並研究天體的射電波，則是四十年代後期的事。那時，海伊、博爾頓、賴爾等人相繼探測射電天空，從而建立瞭射電天文學。三十多年來，從直徑隻有幾米的拋物面天線，發展到今天的305米固定式拋射面天線。從當年懷爾德的射電頻譜儀（1949年）、克裡斯琴森的射電幹涉儀(1951年)，進展到現代綜合孔徑射電望遠鏡和甚長基線幹涉儀。通過大氣射電窗，探查到銀河系核心的活動，描繪瞭旋渦結構，發現50多種星際分子，100多個超新星遺跡，300多個脈沖星，上千個射電星系和類星射電源，探測到各向同性的宇宙微波背景輻射，並用射電方法試圖與可能存在的地外文明取得聯系。
紅外波段 地球大氣能透過某些波長的紅外輻射早已為人們所知。六十年代制成瞭致冷的紅外靈敏器件，紅外手段終於成為探測星空的武器。0.7～2.5微米的近紅外波可以在地面接收，而2.5～100微米的遠紅外和0.1～1毫米的亞毫米波，則需到大氣之外才能觀測。十幾年來，H.L.約翰遜、諾伊吉保爾、沃爾克等人的地面和空間觀測，表明紅外手段在探測行星、冷星、塵埃中的恒星、銀河系暗星雲、類星體和其他特殊星系的本原方面，有極大潛力。
紫外波段 地球大氣對波長短於4000埃的輻射完全不透明。人們習慣地把4000～100埃波段叫紫外波段，其中1700～100埃波段稱遠紫外波段。早在1946年就用高空火箭取得瞭太陽的紫外光譜。1962年以來從軌道太陽觀測臺系列獲得大量太陽的紫外發射線光譜資料。1968年發射的軌道天文臺2號，載有一紫外接收器，記錄瞭5，761個紫外輻射源。它們是近距熱星的冕、有激烈活動的亞矮星、熱亞矮星、白矮星、行星狀星雲、耀星、矮新星和脈沖星。“特德”-1A(TD-1A)紫外天文衛星的分光光度測量表明，實測到的能量分佈同理論模型所預期的有所偏離。
X波段 100～0.01埃波段的輻射稱為X射線。六十年代以來，由於軌道太陽觀測臺系列的發射成功，太陽X射線方面的工作首先獲得成果，查明太陽X輻射的三個成分及其不同的輻射區。七十年代以後，進一步查明瞭太陽X射線爆發的能譜和偏振，發現X射線耀斑和冕洞。
在非太陽X射線天文學方面，早在1962年，第一次發現天蠍座方向的一個強大的X射線源。1969年發現蟹狀星雲脈沖星NP0532的X脈沖輻射。1970年第一個觀測X射線的小型天文衛星──美國的“自由號”進入巡天軌道。隨後，荷蘭天文衛星、英國的“羚羊”5號、印度的“阿耶波多號”(Aryabhata)、美國的小型天文衛星－C、軌道太陽觀測臺8號、維拉衛星、高能天文臺1號和2號等X射線衛星和高能天文臺相繼探空。“自由號”的資料到1977年已編出四個 X射線源表。根據賈科尼、古爾斯基等人證認，在“自由號”星表中的339個X射線源中，有能量集中在X波段的、處於演化終端的X射線星、脈沖星、超新星遺跡、偶現源和爆發源、球狀星團、塞佛特星系、類星體和星系團。其中1975年發現的宇宙X射線爆發，是七十年代天體物理學的重大發現之一。X射線天文學誕生以來隻有十幾年的歷史，它已為我們展示瞭一幅與光學天空完全不同的宇宙面貌。X射線天文、光學天文和射電天文已構成二十世紀天文學的三個鼎足而立的強大支柱。
γ波段 人們把波長短於0.01埃的輻射稱之為γ輻射。1948年以後就有人進行過宇宙γ射線探測，但未成功。1958年莫裡森從理論上預言某些天體可能發射強的γ射線。1962年兩個月球軌道上的衛星“徘徊者”3號和5號發現瞭彌漫宇宙γ射線輻射。1967年軌道太陽觀測臺3號衛星探測到來自銀盤的能量高於50兆電子伏的γ射線輻射。1972年在8月4日和7日兩次太陽耀斑事件中探測到γ射線爆發。1973年證實存在宇宙X射線爆發。X射線天文學具有巨大潛力，不過高能γ輻射的強度，無論就其絕對量來說，還是相對於宇宙射線來說，都是很小的。宇宙γ輻射的觀測不能用光學技術，隻能用粒子計數器，因而分辨率和準直定向本領較差。到1978年底，探測到的銀河系分立γ射線源一共隻有13個，其中8個已證認為超新星遺跡。
參考書目
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