天文學(xué)重點(diǎn)研究天體的組成、分布、運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)和演化。翻開(kāi)人類文明史的第一頁(yè)，天文學(xué)就占有顯著的地位。巴比倫的泥碑、埃及的金字塔、中國(guó)的甲骨文等都是歷史的見(jiàn)證。幾千年來(lái)，在人類社會(huì)文明的進(jìn)程中，天文學(xué)的研究范疇和天文學(xué)的概念都有很大的發(fā)展。本條不準(zhǔn)備、也不可能概括天文學(xué)悠久的歷史和豐富的內(nèi)容（這是天文學(xué)所有條目的任務(wù)），而只是對(duì)它的特征、現(xiàn)狀和趨向作一個(gè)概括性的描述。
天文學(xué)是一門既古老又充滿活力的學(xué)科。它的主要研究對(duì)象是遼闊空間中的天體。幾千年來(lái)，人們通過(guò)接收天體發(fā)出的輻射發(fā)現(xiàn)它們的存在，測(cè)量它們的位置，研究它們的結(jié)構(gòu)，探索它們的運(yùn)動(dòng)和演化的規(guī)律，逐步擴(kuò)展對(duì)廣闊宇宙空間中物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。
作為一顆行星，地球本身也是一個(gè)天體。但從學(xué)科的分野來(lái)說(shuō)，“天”和“地”是相對(duì)獨(dú)立的。地面上實(shí)驗(yàn)室里所采用的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法很多不能搬到天文學(xué)領(lǐng)域。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，天文學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法是一種“被動(dòng)”的方法。即是說(shuō)，在絕大部分情形下，只能靠觀測(cè)（“觀察”和“測(cè)量”）自然界業(yè)已發(fā)生的現(xiàn)象來(lái)收集感性認(rèn)識(shí)的素材，而不能像其他許多學(xué)科那樣“主動(dòng)”地設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)。因此，觀測(cè)是天文學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的基本特點(diǎn)，不斷地創(chuàng)造和改進(jìn)觀測(cè)方法與手段也就成為天文學(xué)家的一個(gè)致力不懈的課題。宇宙中的天體何止“恒河沙數(shù)”，而愈遠(yuǎn)的天體愈顯暗弱。因此，觀測(cè)設(shè)備的性能愈益提高，觀測(cè)暗弱目標(biāo)的能力就愈益增強(qiáng)，觀測(cè)視野就愈益深入到前所未能企及的領(lǐng)域，同時(shí)也就愈益擴(kuò)展到遙遠(yuǎn)的空間深處。另一方面，浩瀚的宇宙空間時(shí)時(shí)刻刻都在上演著地面上很難進(jìn)行或重復(fù)進(jìn)行的各種天體物理實(shí)驗(yàn)，它們?cè)谝?guī)模、內(nèi)容和條件上是地面實(shí)驗(yàn)無(wú)法比擬的，這保證了天文工作者的被動(dòng)觀測(cè)得以長(zhǎng)期地進(jìn)行。
天文學(xué)和其他學(xué)科一樣，在其發(fā)展中并不是孤立地前進(jìn)，而是隨時(shí)都同許多鄰近學(xué)科互相借鑒，互相滲透的。它從應(yīng)用光學(xué)、電子學(xué)以及各種工程技術(shù)中汲取養(yǎng)料、創(chuàng)造獨(dú)特的觀測(cè)手段，而天文觀測(cè)手段的每一次發(fā)展又會(huì)促進(jìn)應(yīng)用科學(xué)的進(jìn)步。天文學(xué)借助數(shù)學(xué)來(lái)分析天文觀測(cè)結(jié)果和進(jìn)行理論演算；反過(guò)來(lái)，由于天文學(xué)上的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的數(shù)學(xué)方法又豐富了數(shù)學(xué)的內(nèi)容。物理學(xué)各個(gè)分支以及力學(xué)、化學(xué)等的研究成果是天文工作的理論基礎(chǔ)，而天文學(xué)的各種發(fā)現(xiàn)以及天體的理論研究又多次為物理學(xué)和其他有關(guān)學(xué)科開(kāi)辟新的研究前沿。天文學(xué)與其他學(xué)科之間的交叉融合還催生了新的學(xué)科分支，如天體生物學(xué)等。
天文學(xué)的發(fā)展對(duì)于人類的自然觀產(chǎn)生重大的影響。N.哥白尼的日心學(xué)說(shuō)（見(jiàn)日心說(shuō)）將自然科學(xué)從神學(xué)中解放出來(lái)。I.康德和P.-S.拉普拉斯關(guān)于太陽(yáng)系起源的星云學(xué)說(shuō)在18世紀(jì)形而上學(xué)的自然觀上打開(kāi)了第一個(gè)缺口。對(duì)系外行星和地外生命的探索和研究有助于理解生命的起源和演化，樹(shù)立人類命運(yùn)共同體的意識(shí)。因此，天文學(xué)的成就是自然科學(xué)和人類文明的重要組成部分。
天文學(xué)研究中的一個(gè)重大課題是各類天體的起源和演化。在所觀測(cè)到的天體中，百萬(wàn)年的年齡算是很年輕的。太陽(yáng)的年齡約為46億年，是一個(gè)中年的恒星。但人類的文明史不過(guò)幾千年，而天文學(xué)家畢其一生也不過(guò)百歲，因此所能研究的天文現(xiàn)象在天體的演化史中只相當(dāng)于一剎那的過(guò)程。從“一剎那”的觀測(cè)來(lái)探究極長(zhǎng)時(shí)間的演變，這是天文學(xué)研究的又一個(gè)特點(diǎn)。
天文學(xué)家雖然無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)百萬(wàn)甚至億年的觀測(cè)，但可觀測(cè)到海量的天體。一個(gè)天體的物理特征除了反映它的基本結(jié)構(gòu)與成分以外，還反映它所處的演化階段。此外，天體的信息主要是通過(guò)輻射（比如光）傳給觀測(cè)者的。由于光速有限，遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光在旅途中要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的時(shí)間。例如，對(duì)于離觀測(cè)者一億光年的天體，它的光要花一億年才能到達(dá)觀測(cè)者的身邊，而觀測(cè)者看到的則是它一億年前的形象。這樣所觀測(cè)到的許多不同距離的天體展示的是時(shí)間上各不相同的“樣本”。特別是對(duì)于河外星系，代表的是從百萬(wàn)年直到上百億年前的各種“樣本”，包含著上百億年的演化線索。因此，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分類和理論探討就可建立起天體演化的模型。
由此可見(jiàn)，天文學(xué)在極其“短暫”的千百年時(shí)間里，以基本上“被動(dòng)”的觀測(cè)方法，面向廣闊無(wú)邊的宇宙空間，探索各類天體在漫長(zhǎng)時(shí)間歷程中的存在和演變。它不斷借鑒同代科學(xué)技術(shù)的精華，充實(shí)自己的實(shí)驗(yàn)手段和理論知識(shí)，同時(shí)也不斷地以自己的成就推動(dòng)相關(guān)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展。正是這樣，天文學(xué)循著觀測(cè)—理論—觀測(cè)的發(fā)展途徑，把人的視野逐步拓展到宇宙的新的深處。
現(xiàn)在我們環(huán)顧一下人類所認(rèn)識(shí)的天體世界。
太陽(yáng)是太陽(yáng)系的中心天體，占有太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.86%。太陽(yáng)系的其他成員包括行星及其衛(wèi)星、矮行星、小行星、彗星、流星體和塵埃、氣體等行星際物質(zhì)。
地球是已知的唯一一個(gè)有生物存在和繁衍的行星。但作為行星，地球只是太陽(yáng)系的一個(gè)普通成員。它的平均半徑約6371千米，與太陽(yáng)相距約1.5億千米，每年繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周。它的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成雖然有自己的特點(diǎn)，但相比于其他行星并不特殊。包括地球在內(nèi)，太陽(yáng)系有八顆行星，從離太陽(yáng)最近的算起，依次為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星（根據(jù)國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)2006年的決議，冥王星被降級(jí)為矮行星）。它們都沿著同一方向自西向東繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，軌道都是近圓的，大致在同一平面上。冥王星屬于太陽(yáng)系外圍的柯伊伯帶天體，軌道半長(zhǎng)軸約59億千米，但太陽(yáng)系的疆界可能還要遙遠(yuǎn)得多。
除了水星和金星，太陽(yáng)系的行星周圍都有衛(wèi)星。截至2022年，已知的衛(wèi)星大約有210顆。地球有一個(gè)衛(wèi)星——月球，直徑約3480千米，在太陽(yáng)系里算是一個(gè)大型衛(wèi)星。
小行星是太陽(yáng)系里較小的天體，截至2022年已知的小行星有110多萬(wàn)顆，它們大部分分布在火星和木星的軌道之間的主帶中。主帶小行星運(yùn)動(dòng)受到木星的強(qiáng)烈影響，表現(xiàn)出復(fù)雜的共振特性。根據(jù)國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)2006年的決議，原本屬于小行星的少數(shù)幾個(gè)天體被重新歸類為矮行星，其中就包括位于小行星主帶區(qū)域的谷神星，它的平均半徑大約476千米。
彗星也是太陽(yáng)系中質(zhì)量較小的天體。絕大多數(shù)彗星沿著偏心率很大的橢圓軌道繞日運(yùn)行。它靠近太陽(yáng)時(shí)顯得十分明亮，而且拖著一條掃帚形的尾巴。
流星體是行星際空間中運(yùn)動(dòng)的彗星或小行星的固體碎片，大小從0.03毫米到1米不等。流星體或比它們稍大的小行星進(jìn)入地球大氣層時(shí)，由于速度很高，同地球大氣的分子碰撞而發(fā)熱、發(fā)光，形成明亮的光跡，劃過(guò)長(zhǎng)空，稱為流星。絕大部分流星體在進(jìn)入地球大氣時(shí)化為氣體，一些相對(duì)比較大的流星體或小行星在大氣中沒(méi)有耗盡，落到地面上便是隕石。
太陽(yáng)是地球上光和熱的最主要源泉。從天文學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，它還作為離地球最近的一顆恒星而占有特殊的地位。它在各類恒星中光度不算高也不算低，體積不算大也不算小。它的質(zhì)量約為1.989×1030千克，半徑約為6.963×105千米。太陽(yáng)的中心處在很高的壓力下，溫度約達(dá)1.6×107K。那里的高溫高壓條件導(dǎo)致熱核聚變反應(yīng)發(fā)生，每秒輻射的能量達(dá)到3.83×1026焦耳。在太陽(yáng)核心區(qū)產(chǎn)生的能量需要輾轉(zhuǎn)經(jīng)歷千萬(wàn)年才能傳到太陽(yáng)表面，然后輻射到周圍的空間中去。太陽(yáng)大約由71%的氫、27%的氦和2%的其他元素組成，表面溫度約6000K。太陽(yáng)周圍包裹著太陽(yáng)大氣，從內(nèi)到外分別是光球層、色球層、過(guò)渡區(qū)和日冕，日冕含有溫度高達(dá)100萬(wàn)～200萬(wàn)開(kāi)的等離子體。太陽(yáng)外層大氣以及太陽(yáng)磁場(chǎng)延伸到極其廣闊的太陽(yáng)系空間。太陽(yáng)通過(guò)太陽(yáng)風(fēng)不斷向外流失物質(zhì)，是行星際物質(zhì)的重要來(lái)源。
日面上經(jīng)常出現(xiàn)以黑子和磁場(chǎng)為標(biāo)志的太陽(yáng)活動(dòng)，它是宇宙電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的一個(gè)重要表現(xiàn)。這種活動(dòng)趨于劇烈時(shí)便發(fā)生耀斑爆發(fā)事件，表現(xiàn)為多波段輻射強(qiáng)度的突增和粒子加速與拋射。這是天文中極為重要、極其復(fù)雜的能量聚集、存儲(chǔ)、引發(fā)和釋放過(guò)程的一個(gè)特寫，盡管在恒星世界中這還屬于一種較小規(guī)模的活動(dòng)。
當(dāng)代的天體物理學(xué)已經(jīng)能夠較清楚地描繪出太陽(yáng)（以及絕大部分恒星）的起源和演化的歷程。大約在46億年前，太陽(yáng)的前身——銀河系里的一團(tuán)氣體塵埃云由于引力收縮聚集成為發(fā)光的“星前”天體，進(jìn)而形成了太陽(yáng)系的雛形。星前天體在繼續(xù)收縮中核心部分愈來(lái)愈熱，當(dāng)溫度升至700萬(wàn)開(kāi)時(shí)便產(chǎn)生熱核聚變反應(yīng)，也就是由四個(gè)氫原子核聚變?yōu)橐粋€(gè)氦原子核的“氫燃燒”過(guò)程。氫燃燒釋放巨大的能量，由此產(chǎn)生的輻射壓力和氣體壓力一起抵擋住太陽(yáng)進(jìn)一步的引力收縮，這時(shí)太陽(yáng)便進(jìn)入了較為穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，即主序星。
太陽(yáng)核心區(qū)所含有的氫估計(jì)足夠燃燒100億年。太陽(yáng)現(xiàn)在正處在中年。到了氫燃燒末期，太陽(yáng)的核心部分主要是聚變的產(chǎn)物——氦，外殼部分則仍以氫為主。由氦構(gòu)成的核由于受引力作用，愈縮愈密，氫包殼則在繼續(xù)燃燒中膨脹，太陽(yáng)于是變成表面溫度較低而體積很大的紅巨星（見(jiàn)赫羅圖）。紅巨星的氦核繼續(xù)收縮，直到中心溫度達(dá)到一億開(kāi)時(shí)開(kāi)始“氦燃燒”，也就是氦聚變成碳的過(guò)程。到了氦燃燒末期，由碳構(gòu)成的核不斷收縮，而其外殼很快膨脹成為與核脫離的行星狀星云，而碳核在太陽(yáng)初始質(zhì)量的條件下不足以產(chǎn)生“燃燒”，就繼續(xù)收縮，直到形成密度非常高的白矮星。
銀河系中估計(jì)有1000億顆以上的恒星，主要分布在尺度約10萬(wàn)光年的空間范圍里。恒星的化學(xué)組成大同小異（雖然這個(gè)小異絕不是無(wú)關(guān)緊要的），質(zhì)量的差別也不是很大：恒星最小的質(zhì)量大約為太陽(yáng)的百分之幾，最大的大約是太陽(yáng)的200倍。不同質(zhì)量的恒星在各個(gè)演化階段中呈現(xiàn)不同的顏色和光度。不同恒星的光度相差很大，如超巨星光度可達(dá)太陽(yáng)的幾百萬(wàn)倍，而白矮星的光度則可以低到太陽(yáng)的千分之一到萬(wàn)分之一。恒星的大小懸殊。盡管處在氫燃燒階段的各類恒星半徑相差幾十倍，但在演化的某些階段上則不然，如包殼膨脹時(shí)形成的超巨星半徑可達(dá)太陽(yáng)的幾百到幾千倍，而演化末期產(chǎn)物之一中子星，其內(nèi)部密度可達(dá)水的百萬(wàn)億倍，直徑只有太陽(yáng)的幾萬(wàn)分之一。
許多恒星的光度發(fā)生引人注目的變化，其光變可以是周期性的、半規(guī)則的和無(wú)規(guī)則的。對(duì)周期性變星，光變周期從一小時(shí)到上千天不等。另有一些恒星的光度變化是突發(fā)性的，其中變化最劇烈的是新星和超新星。新星由吸積白矮星表面的失控?zé)岷朔磻?yīng)引起，光度可突增幾萬(wàn)至幾百萬(wàn)倍；產(chǎn)生核坍縮超新星的原因是恒星處在演化過(guò)程的某個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，內(nèi)部嚴(yán)重失去平衡，導(dǎo)致星體劇烈爆炸，把星體大質(zhì)量都拋射出去，這時(shí)的光度變化可達(dá)千萬(wàn)倍至上億倍。
盡管恒星的性質(zhì)千差萬(wàn)別，但它們的演化幾乎都可用熱核聚變?yōu)橹鞯睦碚搧?lái)解釋。事實(shí)上，對(duì)于一顆孤立的恒星，只要確定它的初始質(zhì)量和化學(xué)組成，就可推斷出這顆恒星從誕生到死亡每一個(gè)階段的物理特性。上面所說(shuō)的形形色色的恒星，都可認(rèn)為是具有某個(gè)初始質(zhì)量的恒星演化到某一特定階段的表現(xiàn)。恒星結(jié)構(gòu)和演化理論的建立，無(wú)疑是20世紀(jì)天文學(xué)的一個(gè)重大成就。盡管這個(gè)理論并非無(wú)懈可擊，但它為理解恒星的基本性質(zhì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而由此引申出來(lái)的一些結(jié)果，如化學(xué)元素的起源學(xué)說(shuō)，以及包括黑洞在內(nèi)的超密態(tài)天體的預(yù)測(cè)等，除了具有天文學(xué)上的意義外，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的影響也是深遠(yuǎn)的（見(jiàn)恒星的形成和演化）。
恒星在空間中常常不是孤棲獨(dú)處的。估計(jì)銀河系中由兩顆星組成的雙星可能占全部恒星的一半。還有三五顆星聚在一起的，組成聚星。也有幾十、幾百乃至幾百萬(wàn)個(gè)聚在一起的，形成星團(tuán)。所有恒星都沉浸在星際物質(zhì)的海洋中。星際物質(zhì)包括星際氣體和塵埃，平均密度約為每立方厘米一個(gè)原子。星際物質(zhì)高度密集的地方形成星云。星云是構(gòu)成恒星的原料，而恒星向空間拋射的物質(zhì)也成為星云的一部分原料。
夏夜仰望天空，可以看到橫貫天空的銀河。從望遠(yuǎn)鏡里看去，銀河實(shí)際上是由千千萬(wàn)萬(wàn)顆恒星組成的。這個(gè)龐大的恒星集團(tuán)稱為銀河系。在銀河系里，大部分恒星集中在一個(gè)盤狀的空間范圍內(nèi)。肉眼看到的銀河正是這個(gè)“盤狀銀河系”的一部分投影。銀河系里除了恒星，還有各種類型的星云、星際氣體與塵埃以及磁場(chǎng)。
銀河系的盤狀部分稱為銀盤，直徑約10萬(wàn)光年，中心厚約10000光年。除了銀盤，還有一部分恒星稀疏地分布在一個(gè)更大的、球?qū)ΨQ的空間范圍內(nèi)，形成所謂的銀暈。銀河系中心（見(jiàn)銀心）在人馬座方向，那里有一個(gè)質(zhì)量約為400萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。整個(gè)銀盤在繞銀河系中心轉(zhuǎn)動(dòng)著，離開(kāi)中心的距離不同，轉(zhuǎn)動(dòng)速度也不同。太陽(yáng)帶著太陽(yáng)系的其他天體，以大約每秒250千米的速度繞銀河系中心轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)一周約需2億年。銀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方式表明銀河系的絕大部分質(zhì)量來(lái)自暗物質(zhì)。
銀河系以外還有許許多多同銀河系規(guī)模相當(dāng)?shù)凝嫶筇祗w系統(tǒng)，它們?cè)恍蜗蟮胤Q為宇宙島，一般稱為河外星系，簡(jiǎn)稱星系。
星系也聚成大大小小的集團(tuán)，有雙重星系、多重星系、星系群、星系團(tuán)。大的星系團(tuán)可含有上千個(gè)星系，尺度達(dá)千萬(wàn)光年。在可觀測(cè)宇宙中星系的數(shù)目估計(jì)在1000億以上，截至2022年，其中離地球最遠(yuǎn)的天體的紅移超過(guò)11。
星系按形態(tài)可以分為橢圓星系、旋渦星系和不規(guī)則星系等類型。它們的形成與演化歷程尚無(wú)定論。20世紀(jì)60年代以來(lái)，許多正在經(jīng)歷著高能過(guò)程的河外天體陸續(xù)進(jìn)入天文學(xué)研究的前沿，包括類星體、射電星系、賽弗特星系、蝎虎座BL型天體等，統(tǒng)稱為“活動(dòng)星系核”。對(duì)它們的研究涉及宇宙中規(guī)模巨大的能量產(chǎn)生、釋放和轉(zhuǎn)移的過(guò)程，以及星系與超大質(zhì)量黑洞共同演化的歷史。
河外星系的觀測(cè)將天文學(xué)研究的范圍擴(kuò)展到以百億光年為尺度的廣闊空間，這為研究大尺度空間中的物理狀態(tài)提供了實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)，成為宇宙學(xué)（研究大尺度空間中的空、時(shí)性質(zhì)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)）的一個(gè)重要支柱。星系退行的哈勃-勒梅特定律表明宇宙在不斷膨脹，對(duì)宇宙微波背景輻射的精細(xì)觀測(cè)把宇宙學(xué)的研究推進(jìn)到新的前沿；對(duì)星系團(tuán)內(nèi)星系運(yùn)動(dòng)的測(cè)量和引力透鏡現(xiàn)象的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)維持動(dòng)力學(xué)平衡的引力大部分源于團(tuán)內(nèi)的暗物質(zhì)，而且質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了“可見(jiàn)物質(zhì)”；對(duì)高紅移Ia型超新星的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)宇宙處于加速膨脹狀態(tài)，宇宙能量組分中大約70%來(lái)自未知的“暗能量”。暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)是當(dāng)前天文學(xué)和物理學(xué)研究面臨的兩大挑戰(zhàn)。
古代的天文學(xué)家測(cè)量太陽(yáng)、月亮、行星、恒星在天空的位置，研究它們的位置隨著時(shí)間變化的規(guī)律，從而為農(nóng)、牧業(yè)生產(chǎn)的需要確立方位、時(shí)間、節(jié)氣和歷法。就是說(shuō)是他們最初創(chuàng)建了天體測(cè)量學(xué)，認(rèn)識(shí)到天體運(yùn)行的規(guī)律性，把它應(yīng)用到時(shí)間服務(wù)和歷書(shū)編算（也就是所謂的“授時(shí)”和“編歷”）上。千百年來(lái)，天體測(cè)量學(xué)通過(guò)授時(shí)和編歷為生產(chǎn)服務(wù)，而生產(chǎn)力的發(fā)展又不斷地促進(jìn)了天體測(cè)量學(xué)的發(fā)展。
早在16世紀(jì)以前，中國(guó)的天象觀測(cè)已達(dá)到非常精確的程度。中國(guó)古代天文學(xué)家如落下閎、張衡、祖沖之、一行、郭守敬等，設(shè)計(jì)制造出精巧的觀測(cè)儀器，通過(guò)觀測(cè)恒星來(lái)定歲時(shí)，不斷改進(jìn)歷法。在西方，古代天文學(xué)家傾注很大精力研究行星在星空背景中的運(yùn)動(dòng)。他們年復(fù)一年、精益求精地測(cè)量行星的位置和分析行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，最終導(dǎo)致了中世紀(jì)哥白尼日心學(xué)說(shuō)的創(chuàng)立，實(shí)現(xiàn)了人類認(rèn)識(shí)宇宙的重大飛躍。日心學(xué)說(shuō)的發(fā)展到17世紀(jì)達(dá)到了高峰。I.牛頓把力學(xué)概念應(yīng)用于行星運(yùn)動(dòng)的研究，發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證了萬(wàn)有引力定律和力學(xué)定律，并創(chuàng)立了天文學(xué)的一個(gè)新的分支——天體力學(xué)。天體力學(xué)的誕生讓天文學(xué)從單純描述天體的幾何關(guān)系進(jìn)入研究天體之間相互作用的階段。就是說(shuō)，從單純研究天體運(yùn)動(dòng)的狀況深入研究造成這些運(yùn)動(dòng)的原因。特別應(yīng)該指出的是，牛頓奠定力學(xué)規(guī)律的最精確的“實(shí)驗(yàn)”是從觀測(cè)太陽(yáng)和行星的運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的。這是歷史上最初把宇宙空間作為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的一次重要嘗試。
這一段歷史記載了當(dāng)時(shí)的天文學(xué)家以極大的耐心和細(xì)心（事實(shí)上，用了一兩千年的時(shí)間）不斷地積累資料，從而在一定程度上彌補(bǔ)了天文學(xué)只能“被動(dòng)”實(shí)驗(yàn)的缺陷。而他們?cè)诋?dāng)時(shí)的條件下以行星的運(yùn)動(dòng)作為研究目標(biāo)，收到了很大的效果。
在牛頓以后的200多年中，天體力學(xué)的發(fā)展給應(yīng)用數(shù)學(xué)以有力的推動(dòng)。從微積分到現(xiàn)在的數(shù)學(xué)物理方法，它們已成為現(xiàn)代科學(xué)中必不可少的工具。
天體之間的引力作用雖然解釋了許多天文現(xiàn)象（如地球運(yùn)動(dòng)、潮汐現(xiàn)象、太陽(yáng)系天體乃至星團(tuán)、星系動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象），卻不足以闡明天體的本質(zhì)。19世紀(jì)中葉以來(lái)，物理學(xué)的重大發(fā)展把天文學(xué)推進(jìn)到一個(gè)新的階段。以測(cè)定天體亮度和分析天體光譜為起點(diǎn)的天體物理學(xué)成為天文學(xué)的一個(gè)新的生長(zhǎng)點(diǎn)。19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，量子力學(xué)、相對(duì)論、原子核物理學(xué)和高能物理學(xué)的創(chuàng)立給了天文學(xué)以新的理論工具研究天體的化學(xué)組成、物理性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和演化規(guī)律，幫助人類對(duì)天體的認(rèn)識(shí)深入問(wèn)題的本質(zhì)。天體物理學(xué)帶來(lái)的第一個(gè)成就是天文學(xué)家從此可以根據(jù)已知的物理規(guī)律闡述天體的演化。
天體物理學(xué)的誕生標(biāo)志著現(xiàn)代天文學(xué)的起點(diǎn)，天文觀測(cè)也在這時(shí)進(jìn)入一個(gè)新的階段?；仡?7世紀(jì)以前，天文工作者在漫長(zhǎng)的年代里只是靠肉眼來(lái)觀測(cè)天象，能看到的星星不過(guò)五六千顆。17世紀(jì)初，伽利略發(fā)明天文望遠(yuǎn)鏡，大大開(kāi)闊了人類的視野。隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，望遠(yuǎn)鏡的口徑越來(lái)越大，20世紀(jì)以來(lái)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的口徑從米級(jí)擴(kuò)大到10米級(jí)，人類的視野逐步從恒星和星云擴(kuò)大到銀河系和銀河系以外的空間。更加重要的是，20世紀(jì)60年代以來(lái)，射電天文學(xué)和空間天文學(xué)迅速發(fā)展，天文觀測(cè)不但具有空前的探測(cè)能力和精度，而且觀測(cè)的范圍擴(kuò)展到了整個(gè)電磁波段：除可見(jiàn)光以外，天體的射電、紅外、紫外、X射線、γ射線的輻射也都能接收到。與此同時(shí)，中微子和宇宙線的探測(cè)也提供了天體許多極為重要的信息。21世紀(jì)初，引力波探測(cè)打開(kāi)了一扇新的觀測(cè)窗口，天文學(xué)正式邁入了多信使觀測(cè)的時(shí)代。
隨著觀測(cè)手段的進(jìn)步，天體物理學(xué)進(jìn)入空前活躍的階段。從太陽(yáng)光譜中發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素氦，對(duì)星云譜線的分析提供了原子禁線理論的線索，對(duì)太陽(yáng)和恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究建立了熱核聚變的理論，從恒星演化的理論引申出元素合成的理論，這些成就奠定了天體物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。20世紀(jì)中葉以來(lái)，天文學(xué)上接連發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象給物理學(xué)科包括天體物理學(xué)和其他物理學(xué)科分支以一連串的沖擊。如紅外源、分子源、天體微波激射源的發(fā)現(xiàn)對(duì)恒星形成的研究提供了重要的線索；脈沖星、X射線源（見(jiàn)X射線天文學(xué)）、γ射線源（見(jiàn)γ射線天文學(xué)）的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了恒星晚期演化和致密星物態(tài)的研究；星際分子的發(fā)現(xiàn)引起了生物學(xué)界和化學(xué)界的關(guān)注；大規(guī)模星系巡天提供了研究星系宇宙學(xué)所需的海量觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合大規(guī)模數(shù)值模擬，人們可以精確刻畫星系大尺度結(jié)構(gòu)的增長(zhǎng)歷史；通過(guò)綜合宇宙微波背景輻射、紅移畸變、引力透鏡等宇宙學(xué)探針，對(duì)宇宙的膨脹歷史和結(jié)構(gòu)演化速率的測(cè)量精度優(yōu)于百分之十；直接探測(cè)到雙黑洞和雙中子星并合的引力波信號(hào)以及對(duì)星系M87（室女座A星系）與銀河系中心超大質(zhì)量黑洞的直接成像再一次驗(yàn)證了廣義相對(duì)論；發(fā)現(xiàn)的系外行星數(shù)目呈爆炸性增長(zhǎng)，特別是發(fā)現(xiàn)了潛在的類地行星以及確定氣態(tài)巨行星大氣層的特征有力推動(dòng)了行星科學(xué)的發(fā)展；時(shí)域天文學(xué)快速發(fā)展，超新星、γ射線暴、快速射電暴、新星、千新星、恒星耀發(fā)、潮汐瓦解事件等暫現(xiàn)源或爆發(fā)源的數(shù)量和種類不斷增加，極大地豐富了人們對(duì)于宇宙天體活動(dòng)性的認(rèn)識(shí)。與此同時(shí)，深空探測(cè)方興未艾，宇宙飛船遠(yuǎn)訪行星，以及在月球、火星、金星上的著陸考察，太陽(yáng)系的構(gòu)成和演化的研究展現(xiàn)出嶄新的局面。
這一切表明人類的宇宙觀將迎來(lái)新的、巨大的飛躍。把宇宙空間作為科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所給人們更深的印象和更大的信心。這個(gè)宇宙實(shí)驗(yàn)室有地面實(shí)驗(yàn)室難以模擬的物理?xiàng)l件，如星際空間中每立方厘米不到一個(gè)原子的高度真空、中子星內(nèi)部每立方厘米包含著10億噸物質(zhì)的高密度、脈沖星表面上強(qiáng)達(dá)1萬(wàn)億高斯的磁場(chǎng)、恒星內(nèi)部和恒星爆發(fā)時(shí)產(chǎn)生的超過(guò)100億開(kāi)的高溫、γ射線暴和星系核拋射物質(zhì)所具有的、接近光速的極高速度等。宇宙空間中諸如此類的表演，絕不僅是物理學(xué)、力學(xué)、化學(xué)乃至生物實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)單補(bǔ)充。事實(shí)上，在這里交織著宏觀世界和微觀世界研究的前沿，可能正醞釀著人類認(rèn)識(shí)自然的一次新的突破。地面和空間多波段、多信使觀測(cè)手段的發(fā)展給予天文學(xué)、物理學(xué)以及其他學(xué)科的沖擊，將反過(guò)來(lái)促進(jìn)天文觀測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展，從而導(dǎo)致更多的新發(fā)現(xiàn)。在這樣的背景下，當(dāng)前的天文學(xué)研究集中在宇宙的構(gòu)成與起源、宇宙中的基本物理規(guī)律、第一代恒星和星系的形成、宜居行星探測(cè)等重大課題，成為富有生命力的多學(xué)科交叉點(diǎn)。
2021年底，口徑6.5米的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空，標(biāo)志著空間天文觀測(cè)技術(shù)趨于成熟。隨著電子計(jì)算機(jī)、光學(xué)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，地面口徑30米級(jí)的光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡（見(jiàn)30米望遠(yuǎn)鏡）和1平方千米接收面積的射電望遠(yuǎn)鏡陣正在建設(shè)之中，其檢測(cè)暗弱信息和分辨微小細(xì)節(jié)的能力將達(dá)到空前的程度。天體演化學(xué)、宇宙學(xué)、行星科學(xué)以及天體物理學(xué)其他分支學(xué)科的發(fā)展將會(huì)繼續(xù)加速，而一些重要的物理學(xué)領(lǐng)域，如高能物理學(xué)、原子核物理學(xué)、廣義相對(duì)論、等離子體物理學(xué)等可能在天文研究中找到新的、重要的突破口。
不難看出，今天人類雖然對(duì)天文現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)300年前，但當(dāng)前天文學(xué)的發(fā)展卻同那時(shí)的躍進(jìn)頗有相似之處。當(dāng)時(shí)天文觀測(cè)手段的巨大變革——用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡代替肉眼，發(fā)現(xiàn)了一系列當(dāng)時(shí)未知的天文現(xiàn)象；今天的進(jìn)步——利用地面和空間的望遠(yuǎn)鏡將天文學(xué)的視野擴(kuò)展到全波段和多信使（見(jiàn)多波段天文觀測(cè)和多信使天文學(xué)），又一次帶來(lái)以往難以預(yù)計(jì)的重大發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，天體力學(xué)的誕生使天文學(xué)從單純描述天體的幾何現(xiàn)象進(jìn)入研究天體之間的相互作用；而今天，天體物理學(xué)的發(fā)展則使天文學(xué)從單純研究天體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)入探索它們的本質(zhì)和演化規(guī)律。
這些發(fā)展也給古老的天體測(cè)量學(xué)和天體力學(xué)帶來(lái)新的推動(dòng)力。人造天體的發(fā)射和應(yīng)用、行星系統(tǒng)、星團(tuán)、星系等復(fù)雜系統(tǒng)中天體的動(dòng)力學(xué)演化給天體力學(xué)帶來(lái)了新的使命，促進(jìn)了它在理論上和計(jì)算技術(shù)上的發(fā)展。在天體測(cè)量方面，由于射電天文、空間技術(shù)和激光技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)一些位置已知天體的觀測(cè)，已能辨別出地面上微小到幾厘米的變化，從而開(kāi)創(chuàng)了天文學(xué)、地球物理學(xué)和大地測(cè)量學(xué)的交叉點(diǎn)——天體地球動(dòng)力學(xué)，高精度天體測(cè)量也對(duì)建立天文參考架和開(kāi)展天體物理研究起到關(guān)鍵性支撐作用。
在天文學(xué)的悠久歷史中，隨著研究方法的發(fā)展，先后創(chuàng)立了天體測(cè)量學(xué)、天體力學(xué)和天體物理學(xué)。它們基本上是按研究方法分類的學(xué)科。當(dāng)然，這里所說(shuō)的方法包括理論和實(shí)驗(yàn)兩方面的內(nèi)容。
到20世紀(jì)30年代為止，所有的天文觀測(cè)都是用光學(xué)手段進(jìn)行的。但在此后的一二十年間，射電天文和空間天文的手段相繼出現(xiàn)，開(kāi)展了對(duì)天體的射電和紅外線、紫外線、X射線和γ射線的觀測(cè)。射電天文學(xué)和空間天文學(xué)遂成為按觀測(cè)手段分類的重要學(xué)科。與此同時(shí)，以中微子和宇宙線為主要研究對(duì)象的粒子天體物理學(xué)也逐步走向成熟。進(jìn)入21世紀(jì)，人類第一次直接探測(cè)到來(lái)自宇宙深處的引力波輻射，由此誕生了引力波天文學(xué)。
這里按研究方法和觀測(cè)手段所作的分類，并沒(méi)有窮盡“類”的完整性。如從研究方法來(lái)說(shuō)，也可把宇宙化學(xué)這些學(xué)科列為天文學(xué)的學(xué)科分支，不過(guò)它們還不具備像天體物理學(xué)、射電天文學(xué)和空間天文學(xué)三門學(xué)科那樣的成熟程度和歷史地位。同樣，從觀測(cè)手段的分類來(lái)說(shuō)，人們往往不把光學(xué)天文學(xué)看作一個(gè)專門的學(xué)科分支，這是因?yàn)楣鈱W(xué)天文方法的成熟程度和歷史地位如此突出，以致在傳統(tǒng)概念中天文學(xué)本身基本上就是“光學(xué)天文學(xué)”，通常只是把光學(xué)天文實(shí)測(cè)手段，即天文儀器（指光學(xué)天文儀器）單獨(dú)列為一個(gè)學(xué)科分支，而不包括用光學(xué)方法觀測(cè)的天文對(duì)象和研究結(jié)果。另外，射電天文學(xué)和空間天文學(xué)，由于現(xiàn)階段觀測(cè)手段已日臻完善，而每一次的革新都會(huì)帶來(lái)天文上的新發(fā)現(xiàn)、新課題，因此觀測(cè)手段和研究結(jié)果緊密相連，交錯(cuò)發(fā)展，使這兩門學(xué)科還保持著自己的特殊性，成為獨(dú)立的分支。
按照傳統(tǒng)的觀念，學(xué)科分支應(yīng)當(dāng)是根據(jù)研究對(duì)象來(lái)區(qū)分的。天文學(xué)研究的對(duì)象，按空間尺度的層次，可分為行星系統(tǒng)（包括太陽(yáng)系）、太陽(yáng)、恒星、銀河系、星系和物理宇宙（姑且這樣說(shuō)，借以表示現(xiàn)代宇宙學(xué)所研究的對(duì)象，并與哲學(xué)意義上的宇宙相區(qū)別）。這里把太陽(yáng)作為一個(gè)特殊的恒星，把銀河系作為一個(gè)特殊的星系，以突出它們的地位。當(dāng)然，這些不同的天文學(xué)層次之間的界線是分明的，但對(duì)它們所用的研究方法和觀測(cè)手段則是大同小異的（宇宙探測(cè)器軟著陸之類的方法除外）。因此，對(duì)天文學(xué)來(lái)說(shuō)，按研究對(duì)象的學(xué)科分類，輔以研究方法和觀測(cè)手段的分類，尚不失為一種可行的辦法。
天文學(xué)方法論是人們認(rèn)識(shí)自然和理解自然的方法的理論。如圖是當(dāng)代天文學(xué)各分支的框架圖，輪廓性地展示了20世紀(jì)和21世紀(jì)之交天文研究的概貌。三角形框架的三條邊代表當(dāng)前普遍采用的三種不同的學(xué)科分類：①按研究對(duì)象分類。②按“觀測(cè)工具”分類。③按“理性工具”分類。
三類學(xué)科的目標(biāo)研究，得力于“觀測(cè)工具”和“理性工具”的發(fā)展。而這兩類工具的發(fā)展，又分別借助同時(shí)代的技術(shù)進(jìn)步和同時(shí)代的基礎(chǔ)科學(xué)，體現(xiàn)為與天文學(xué)交叉并應(yīng)用于天文研究的技術(shù)，以及與天文學(xué)交叉并應(yīng)用于天文研究的基礎(chǔ)科學(xué)。兩類“工具”在天文研究中相互結(jié)合（圖中為虛線連接）。此外，在圖中也給實(shí)用天文學(xué)設(shè)立了位置，它的每一項(xiàng)內(nèi)容均可視為天文學(xué)中某一分支與一項(xiàng)實(shí)用研究的交叉。框架結(jié)構(gòu)反映了天文學(xué)的發(fā)展規(guī)律，而學(xué)科的進(jìn)展則反映在分支所設(shè)的條目及其內(nèi)容的改變上。
遠(yuǎn)古文明時(shí)期，天文研究的對(duì)象僅僅限于幾個(gè)太陽(yáng)系天體以及作為“天空背景”的幾千個(gè)恒星，觀測(cè)工具主要是人的眼睛，而理論工具則僅是萌芽時(shí)期的天體測(cè)量學(xué)。這三個(gè)方面一開(kāi)始就各就各位，并隨著時(shí)代的發(fā)展而不斷充實(shí)、發(fā)展、變化，記載著天文學(xué)走過(guò)的古代科學(xué)漫長(zhǎng)的旅程，直到17世紀(jì)前夕。天文學(xué)的發(fā)展中17世紀(jì)是劃時(shí)代的。牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)，宣告了現(xiàn)代科學(xué)的誕生。而天文學(xué)研究，從此越過(guò)了幾千年來(lái)單純追求太陽(yáng)系天體運(yùn)行的“唯象解釋”，進(jìn)入借助力學(xué)規(guī)律對(duì)包括太陽(yáng)系天體在內(nèi)的一切天體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的“本質(zhì)探明”。17世紀(jì)的另一個(gè)突破性事件發(fā)生在1609年，當(dāng)時(shí)伽利略首次以手制望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天文目標(biāo)，使得天文視野越過(guò)了肉眼聚光能力的局限，開(kāi)始伸展向更加幽微因而也是更深、更廣的宇宙空間。這次突破賦予了上述框架上的“光學(xué)天文實(shí)測(cè)手段”以新的意義：開(kāi)始了世世求大、求精而且永不停息的各類天文望遠(yuǎn)鏡的研制。
這兩次大突破啟動(dòng)了現(xiàn)代天文學(xué)憑借“觀測(cè)工具”和“理性工具”發(fā)展的“兩條腿走路”，開(kāi)始以更快的節(jié)奏深入天文世界各個(gè)層次的不同領(lǐng)域，展開(kāi)了各類科學(xué)目標(biāo)的探索。這一進(jìn)程歷時(shí)400年，而這張框架圖也就隨著逐步擴(kuò)展成了今日的組成。
自然科學(xué)旨在認(rèn)識(shí)自然，以發(fā)現(xiàn)和研究自然現(xiàn)象，探索和解讀自然規(guī)律為目的。它的成果可應(yīng)用于技術(shù)科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。天文學(xué)作為一門自然科學(xué)，同樣也具有這樣的基本性質(zhì)。
認(rèn)識(shí)自然按深度可分為三個(gè)層次。第一是認(rèn)識(shí)自然事物的表象；第二是認(rèn)識(shí)自然事物表象的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律；第三是認(rèn)識(shí)自然事物存在與發(fā)展的本質(zhì)。對(duì)此，現(xiàn)代天文學(xué)發(fā)展的“第谷–開(kāi)普勒–牛頓三部曲”可視為典型。歷史上，太陽(yáng)系天體運(yùn)行的研究歷2?000年到了第谷，第一層次的認(rèn)識(shí)達(dá)到了相當(dāng)高的精度；而開(kāi)普勒定律所體現(xiàn)的第二層次上的認(rèn)識(shí)，到現(xiàn)在仍堪稱登峰造極。這兩個(gè)層次的認(rèn)識(shí)雖然跨越了歷史的認(rèn)知，但它還只能是“知其然而不知其所以然”，基本上是對(duì)一事一物（即對(duì)于描述太陽(yáng)系天體運(yùn)行）有效。只有到了牛頓時(shí)代，才把研究從物體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表象深入這種運(yùn)動(dòng)的物理本質(zhì)。牛頓這時(shí)的工作起了雙重作用：首先是牛頓把太陽(yáng)系天體運(yùn)動(dòng)看成大自然在太空中演示的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，并使之成為建立力學(xué)理論的依據(jù)（力學(xué)是物理學(xué)中最先被開(kāi)拓的分支），他所發(fā)現(xiàn)的萬(wàn)有引力定律和力學(xué)規(guī)律，適用范圍遍及自然界萬(wàn)事萬(wàn)物的力學(xué)關(guān)系。在這個(gè)過(guò)程中，牛頓把所建立的力學(xué)理論應(yīng)用于解釋太陽(yáng)系的天體運(yùn)動(dòng)，使這個(gè)解釋達(dá)到了“知其所以然”，也就是達(dá)到了第三層次的認(rèn)識(shí)。這種三個(gè)層次的認(rèn)識(shí)達(dá)成了現(xiàn)代意義上的科學(xué)認(rèn)識(shí)。
為了強(qiáng)調(diào)這一性質(zhì)，以“第谷–開(kāi)普勒–牛頓三部曲”為典型，采取如下表述：
第谷型研究（第一層次）：實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)——獲取基本信息。
開(kāi)普勒型研究（第二層次）：信息發(fā)掘—— 創(chuàng)造經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停枋霰硐螅?/p>
牛頓型研究（第三層次）：理論解釋 —— 創(chuàng)造理論模型（描述本質(zhì)）。
這里借用大師的名字表明各個(gè)層次的分量，用“模型”的創(chuàng)建來(lái)代表對(duì)科學(xué)信息的梳理和解釋。模型體現(xiàn)為理論構(gòu)思與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合。但理論構(gòu)思允許選擇，而實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)則受到技術(shù)方法的制約，具有不確定性。因此，一個(gè)科學(xué)模型實(shí)質(zhì)的確立上是在具體條件下理論和實(shí)測(cè)的一種“最佳擬合”。擬合是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表述的，因而能夠作出推論以擴(kuò)大認(rèn)識(shí)，作出預(yù)測(cè)以接受驗(yàn)證。推論和預(yù)測(cè)，使科學(xué)認(rèn)識(shí)在“理論模型”的層次上接受新的挑戰(zhàn)。由于科技進(jìn)步不斷牽動(dòng)理論能力和實(shí)測(cè)條件的提高，所以任何時(shí)候所建立的模型都會(huì)不斷地面臨著新的理論的挑戰(zhàn)和實(shí)測(cè)的檢驗(yàn)。歷史表明，在科學(xué)發(fā)展中，不管什么樣的挑戰(zhàn)都能激勵(lì)科學(xué)的奮進(jìn)，而且每次“強(qiáng)挑戰(zhàn)”的突破都會(huì)顯著提高理論模型的權(quán)威性，還可能預(yù)示著科學(xué)的革命性進(jìn)展。天體力學(xué)建立之后遇到的一次“強(qiáng)挑戰(zhàn)”是1846年海王星的搜索，這次“強(qiáng)挑戰(zhàn)”的突破，顯示出牛頓力學(xué)體系的“威力”。另一次是1882年水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)超差值的確定，這是一次“不能解決的強(qiáng)挑戰(zhàn)”，現(xiàn)在知道，它預(yù)兆著引力理論的大變革。
建構(gòu)天文學(xué)“模型”普遍認(rèn)同的幾條先驗(yàn)原則如下述，但不涉及哲學(xué)討論。
①認(rèn)定宇宙間物質(zhì)及所遵循的規(guī)律的統(tǒng)一性。這種統(tǒng)一性決定了可把發(fā)生在“天”上和發(fā)生在“地”上的自然現(xiàn)象視為一個(gè)整體互相印證；決定了可用自然科學(xué)規(guī)律來(lái)解釋極其遙遠(yuǎn)的天文現(xiàn)象；決定了可用所掌握的天文知識(shí)來(lái)探索物理學(xué)和其他自然科學(xué)的基本規(guī)律。
任何原則都要接受實(shí)測(cè)的考驗(yàn)。但當(dāng)實(shí)測(cè)與已有的認(rèn)識(shí)矛盾時(shí)，首先要檢查、修正或改建“模型”，應(yīng)把矛盾視為促使科學(xué)進(jìn)步的挑戰(zhàn)，統(tǒng)一性原則不要輕易放棄。
②認(rèn)定地球、太陽(yáng)系、銀河系在宇宙中不具有特殊優(yōu)越的地位。這是“地心論”被拋棄后形成的觀念，可將它推論到任何天區(qū)，即宇宙中的一切事物都不占有特殊的地位。這種觀念符合宇宙學(xué)原理。進(jìn)一步還可認(rèn)為任何一類天文現(xiàn)象，不論在宇宙間什么場(chǎng)合，只要環(huán)境條件相似，演化時(shí)期相近，都會(huì)遵循相似的產(chǎn)生和發(fā)展的途徑。人們可通過(guò)這種信念大規(guī)模測(cè)量和比較各類天體（恒星、星系）不同時(shí)期的樣本，驗(yàn)證長(zhǎng)以百萬(wàn)年乃至百億年計(jì)的演化歷程。數(shù)十年來(lái)探索“地外文明”之舉，同樣也是基于這種“信念”。
③認(rèn)定宇宙間物質(zhì)的存在、組合和演變的無(wú)限性。這種認(rèn)定的內(nèi)涵是，任何時(shí)候在已被認(rèn)識(shí)的天文現(xiàn)象之外，仍存在著需要人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)或深入了解的現(xiàn)象和規(guī)律（至少在可預(yù)見(jiàn)到的將來(lái)是如此）。這決定了天文觀測(cè)手段的發(fā)展已成為天文學(xué)進(jìn)步的原始推動(dòng)，它往往超前于學(xué)科的發(fā)展。
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