天文學

天文學是一門自然科學，研究天體物體和宇宙中發生的現象。它使用數學，物理和化學來解釋其起源和整體演變。感興趣的對象包括行星，衛星，星星，星雲，星系，隕石，小行星和彗星。相關現象包括超新星爆炸，伽瑪射線爆發，類星體，大麻，脈衝星和宇宙微波背景輻射。更普遍地，天文學研究了源於地球大氣層的一切。宇宙學是整個宇宙的天文學分支。

天文學是最古老的自然科學之一。記錄歷史上的早期文明使夜空有條不紊地觀察。其中包括埃及人，巴比倫人，希臘人，印第安人，中國人，瑪雅人以及許多美洲的古代土著人民。過去，天文學包括諸如天文學，天體導航，觀察天文學和日曆製作之類的多樣化學科。

專業天文學分為觀察和理論分支。觀察天文學的重點是從天文學對象的觀察中獲取數據。然後，使用物理基本原理對該數據進行分析。理論天文學面向計算機或分析模型的開發，以描述天文學對象和現象。這兩個字段相互補充。理論天文學旨在解釋觀察結果，並使用觀察來確認理論結果。

天文學是業餘愛好者發揮積極作用的為數不多的科學之一。對於瞬態事件的發現和觀察尤其如此。業餘天文學家幫助了許多重要的發現，例如尋找新的彗星。

詞源

天文學（來自希臘語ἀστρονομία，來自ἄστρονAstron ，“星”，“星”和-VShingα -nomos的-Nomoia ，“法律”或“文化”或“文化”）的意思是“星星的律法”（或“星星的文化”（根據翻譯的譯文） 。天文學不應與占星術混淆，占星術是信仰體系，聲稱人類事務與天體物體的位置相關。儘管這兩個領域具有共同的起源，但它們現在完全不同。

使用術語“天文學”和“天體物理學”

“天文學”和“天體物理學”是同義詞。基於嚴格的字典定義，“天文學”是指“在地球大氣和物理和化學特性之外對物體和物質的研究”，而“天體物理學”是指涉及行為，物理特性，物理特性的天文學分支，以及天體對象和現象的動態過程”。在某些情況下，就像弗蘭克·舒（ Frank Shu）的介紹性教科書《物理宇宙》的引入中一樣，“天文學”可以用來描述該主題的定性研究，而“天體物理學”用於描述該主題面向物理學的版本。但是，由於大多數現代天文學研究都涉及與物理學有關的受試者，因此現代天文學實際上稱為天體物理學。某些田地，例如天文統計，純粹是天文學，而不是天體物理學。科學家對該主題進行研究的各個部門都可能使用“天文學”和“天體物理學”，部分取決於該部門是否與物理部門相關，許多專業的天文學家具有物理學而不是天文學學位。該領域領先的科學期刊的一些標題包括《天文學雜誌》 ， 《天體物理學雜誌》以及天文學和天體物理學。

歷史

遠古時代

在歷史的早期，天文學僅包括對肉眼可見物體運動的觀察和預測。在某些地方，早期文化組裝了可能具有天文學目的的大規模文物。除了儀式的用途外，還可以使用這些觀測值來確定季節，這是了解何時種植作物以及了解一年的長度的重要因素。

在發明望遠鏡之類的工具之前，使用肉眼對星星進行了早期研究。隨著文明的發展，最著名的是在埃及，美索不達米亞，希臘，波斯，印度，中國和中美洲，天文觀測者也被組裝在一起，並就宇宙性質的想法開始發展。大多數早期的天文學包括繪製恆星和行星的位置，這是一門被稱為天文統計的科學。從這些觀察結果中，對行星運動的早期思想形成了，哲學上探討了宇宙中太陽，月亮和地球的本質。據信地球是陽光，月亮和星星圍繞它旋轉的宇宙中心。這被稱為以托勒密命名的宇宙的地心模型或托勒密系統。

一個特別重要的早期發展是數學和科學天文學的開始，該天文學始於巴比倫人，他們為後來在許多其他文明中發展的天文學傳統奠定了基礎。巴比倫人發現，月球黯然失色的重複週期被稱為莎羅斯。

在巴比倫人之後，在古希臘和希臘世界中取得了重大的天文學進步。從一開始就通過尋求對天體現象的理性，物理解釋來表徵希臘天文學。在公元前3世紀， Samos的Aristarchus估計了月球和太陽的大小和距離，他提出了一個太陽系模型，地球和行星圍繞太陽旋轉，現在稱為HeliePentric模型。在公元前2世紀，河馬發現了進步，計算了月球的大小和距離，並發明了最早已知的天文設備，例如Astrolabe 。 Hipparchus還創建了1020顆恆星的全面目錄，北半球的大多數星座都來自希臘天文學。 Antikythera機構（約公元前150 - 80年）是一台早期的模擬計算機，旨在計算給定日期的太陽，月亮和行星的位置。直到14世紀，機械天文鐘出現在歐洲，才出現了類似複雜性的技術文物。

中世紀

中世紀歐洲擁有許多重要的天文學家。沃靈福德的理查德（1292–1336）為天文學和鐘錶做出了重大貢獻，包括發明第一個天文鐘的發明，矩形允許測量行星與其他天文機構之間的角度，以及一個稱為赤道的赤道，稱為Albion 。可以用於天文學計算，例如月球，太陽和行星縱向，可以預測日食。妮可·奧斯梅（Nicole Oresme）（1320–1382）和讓·伯里丹（ Jean Buridan ）（1300–1361）首先討論了地球旋轉的證據，此外，布里達（Buridan）還發展了動力學理論（現代科學理論的慣性科學理論），該理論能夠展示星球在沒有天使乾預的情況下可以運動。 Georg von Peuerbach （1423–1461）和RegioMontanus （1436–1476）在數十年後的哥白尼發展中心發展中，使天文學進步對哥白尼的發展產生了影響。

天文學在伊斯蘭世界和世界其他地區蓬勃發展。這導致到了9世紀初期，穆斯林世界中第一個天文觀測者的出現。在964年，波斯穆斯林天文學家阿卜杜勒·拉赫曼·蘇菲（Abd al-Rahman al-Sufi）在他的《固定之星》中描述了當地最大的星系的仙女座銀河系。 SN 1006超新星是錄製歷史上最明顯的恆星事件，是埃及阿拉伯天文學家Ali Ibn Ridwan和中國天文學家在1006年觀察到的。天堂是移動的，不是固定的。一些對科學做出重大貢獻的著名伊斯蘭（主要是波斯語和阿拉伯）包括Al-Battani ， Thebit ， Abd al-Rahman al-Sufi ， Biruni ， AbūIshāqibrāhīmAl-Zarqālī ，Al-Birjandi， Al-Birjandi和The Astronomens Maragheh和Samarkand天文台。在此期間，天文學家引入了許多阿拉伯語名稱，現在用於單個恆星。

還認為，大津巴布韋和廷巴克圖的廢墟可能已經容納了天文學觀測。在後古典的西非，天文學家研究了恆星的運動和與季節的關係，根據複雜的數學計算，天上的製作圖表以及其他行星的軌道的精確圖。 Songhai歷史學家Mahmud Kati在1583年8月記錄了流星淋浴。歐洲人此前曾認為，在殖民前中世紀期間，撒哈拉以南非洲沒有天文學觀察，但現代發現表明。

在六個世紀以來，羅馬天主教會在中世紀後期恢復古代學習到啟蒙運動），比所有其他機構都為天文學的研究提供了更多的財務和社會支持。教會的動機中是找到復活節的日期。

科學革命

在文藝復興時期，尼古拉斯·哥白尼（Nicolaus Copernicus）提出了一個太陽系的中心模型。他的作品由伽利略·伽利略（Galileo Galilei）捍衛，並由約翰內斯·開普勒（Johannes Kepler）擴展。開普勒是第一個設計一個系統的系統，該系統正確描述了圍繞太陽行星的運動的細節。但是，開普勒沒有成功地制定他寫下的法律背後的理論。艾薩克·牛頓（Isaac Newton）發明了天體動力和重力定律，最終解釋了行星的動作。牛頓還開發了反射望遠鏡。

望遠鏡的大小和質量的改善導致了進一步的發現。英國天文學家約翰·弗拉姆斯蒂德（John Flamsteed）分類了3000顆星，由尼古拉斯·路易斯·德·拉卡耶（Nicolas Louis de Lacaille）製作了更廣泛的明星目錄。天文學家威廉·赫歇爾（William Herschel）製作了詳細的霧化和簇目錄，並在1781年發現了天王星，這是第一個新的星球。

在18-19世紀中，萊昂哈德·歐拉（Leonhard Euler） ，亞歷克西斯·克勞德·克萊拉特（Alexis Claude Clairaut ）和讓·勒·隆德·阿爾伯特（ Jean Le Rond d'Alembert）對三體問題的研究導致了對月球和行星運動的更準確的預測。約瑟夫·路易斯·拉格蘭奇（Joseph-Louis Lagrange）和皮埃爾·西蒙·拉普拉斯（Pierre Simon Laplace）進一步完善了這項工作，從而使行星和衛星的質量可以從其擾動中估算出來。

隨著新技術的引入，包括光譜和攝影，天文學的取得了重大進展。約瑟夫·馮·弗勞恩霍夫（Joseph von Fraunhofer）在1814 - 15年的太陽譜中發現了約600個頻段，1859年，古斯塔夫·基希霍夫（Gustav Kirchhoff）歸因於不同元素的存在。事實證明，恆星類似於地球自身的陽光，但溫度，質量和尺寸範圍很廣。

地球銀河系的存在，是銀河系，因為它自己的一群恆星僅在20世紀被證明，並存在著“外部”星系的存在。這些星系的衰退導致發現了宇宙的擴張。理論天文學引起了人們對黑洞和中子星等物體的存在的猜測，這些物體被用來解釋如類星體，脈衝星，大麻和射電星系等觀察到的現象。物理宇宙學在20世紀取得了巨大進步。在1900年代初期，大爆炸理論的模型被制定了，由宇宙微波背景輻射，哈勃定律和元素的宇宙學豐度得到了廣泛的證明。空間望遠鏡已啟用了通常被大氣阻斷或模糊的電磁光譜的部分測量。 2016年2月，據透露， Ligo項目在前9月發現了引力波的證據。

觀察天文學

有關天體和其他物體的主要信息來源是可見光或更一般的電磁輻射。觀察天文學可以根據進行觀測值的電磁譜的相應區域進行分類。可以從地球的表面觀察到頻譜的某些部分，而其他部分只能從高海拔地區或地球大氣中觀察到。下面給出了有關這些子字段的具體信息。

射電天文學

射電天文學使用輻射，波長大於大約一毫米，在可見範圍之外。射電天文學與大多數其他形式的觀察天文學不同，因為觀察到的無線電波可以視為波，而不是離散的光子。因此，測量無線電波的振幅和相位相對容易，而在較短的波長下，這並不容易完成。

儘管某些無線電波是由天文對象直接發射的，這是熱發射的產物，但觀察到的大多數無線電發射是同步輻射的結果，同步輻射是當電子軌道磁場軌道磁場時產生的。此外，在無線電波長下可觀察到由星際氣體產生的許多光譜線，尤其是在21 cm處的氫光譜線。

在無線電波長，包括超新星，星際氣體，脈衝星和活性銀河核的無線電波長下，可以觀察到許多其他物體。

紅外天文學

紅外天文學建立在對紅外輻射的檢測和分析上，波長比紅光更長，並且超出了我們視力範圍。紅外光譜對於研究太冷而無法輻射可見光的物體，例如行星，折疊盤或星雲，其光被灰塵阻塞。紅外線的較長波長可以穿透遮擋可見光的灰塵雲，從而可以觀察到嵌入分子云和星系岩心的年輕恆星。寬場紅外調查探險家（Wise）的觀察在揭示大量銀河質恆定量及其寄主星團方面特別有效。除了接近可見光的紅外波長外，這種輻射會被大氣或掩蓋的大量吸收，因為大氣本身會產生明顯的紅外發射。因此，紅外天文台必須位於地球上或太空中的高乾燥位置。一些分子在紅外線中強烈輻射。這允許研究空間的化學；更具體地說，它可以檢測到彗星中的水。

光學天文學

從歷史上看，光學天文學，也稱為可見光天文學，是天文學最古老的形式。觀察結果最初是手工繪製的。在19世紀後期和20世紀的大部分時間裡，使用攝影設備製作了圖像。現代圖像是使用數字探測器製作的，尤其是使用電荷耦合設備（CCD）並在現代介質上記錄的。儘管可見光本身從大約4000Å到7000Å（400 nm至700 nm），但可以使用相同的設備觀察一些近紫外線和近紅外輻射。

紫外線天文學

紫外線天文學採用大約100至3200Å（10至320 nm）之間的紫外線波長。這些波長處的光被地球的大氣吸收，需要對這些波長進行觀察，以便從高層大氣或太空中進行。紫外線天文學最適合研究該波帶中非常明亮的熱藍星（ OB恆星）的熱輻射和光譜發射線。這包括其他星系中的藍色恆星，這些星係是幾種紫外線調查的靶標。在紫外線中通常觀察到的其他物體包括行星星雲，超新星殘留物和活躍的銀河核。但是，由於紫外線很容易被星際灰塵吸收，因此必須調整紫外線測量。

X射線天文學

X射線天文學使用X射線波長。通常，X射線輻射是通過同步加速器發射（繞著磁場線的電子的結果），高於10 ⁷ （1000萬）開爾文^的薄氣的熱發射以及厚氣的熱發射產生的。由於X射線被地球的大氣吸收，因此所有X射線觀察都必須從高空氣球，火箭或X射線天文學衛星中進行。值得注意的X射線源包括X射線二進製文件，脈衝星，超新星殘留物，橢圓星系，星系簇和活性銀河核。

伽馬射線天文學

伽瑪射線天文學觀察到電磁光譜最短波長的天文對象。可以直接通過衛星（例如康普頓伽瑪天文台）或稱為大氣切倫科夫望遠鏡的專門望遠鏡觀察到伽馬射線。 Cherenkov望遠鏡無法直接檢測到伽馬射線，而是檢測到伽馬射線被地球大氣吸收時產生的可見光閃光。

大多數伽瑪射線發射來源實際上是伽馬射線爆發，僅在褪色之前幾毫秒至數千秒鐘產生伽瑪輻射。只有10％的伽馬射線來源是非傳輸來源。這些穩定的伽馬射線發射器包括脈衝星，中子星和黑洞候選物，例如活性銀河核。

不基於電磁頻譜的字段

除了電磁輻射外，還可以從地球觀察到其他一些源自距離的事件。

在中微子天文學中，天文學家使用了嚴重屏蔽的地下設施，例如Sage ， Gallex和Kamioka II/III ，以檢測中微子。從地球流中的絕大多數中微子源自太陽，但也從Supernova 1987a中檢測到了24個中微子。宇宙射線由非常高的能量顆粒（原子核）組成，它們在進入地球大氣時可能會腐爛或吸收，從而導致一系列輔助顆粒，可以通過當前的觀測值檢測到。當宇宙射線撞擊地球大氣時，一些未來的中微子探測器也可能對產生的顆粒敏感。

引力波天文學是一個新興的天文學領域，它採用重力波檢測器來收集有關遠距離物體的觀察數據。已經構建了一些觀測值，例如激光干涉儀重力天文台Ligo 。 Ligo於2015年9月14日首次檢測，觀察了二進制黑洞的重力波。 2015年12月26日檢測到第二次引力波，應繼續進行其他觀測，但重力波需要極靈敏的儀器。

使用電磁輻射，中微子或重力波和其他互補信息進行觀察的組合被稱為多通信天文學。

天文學和天體力學

天文學和所有科學中最古老的領域之一是測量天體的位置。從歷史上看，對太陽，月亮，行星和恆星位置的準確知識在天體導航（使用天體對象引導導航）和日曆製作中至關重要。

仔細測量行星的位置已導致對重力擾動的紮實理解，並能夠精確地確定行星的過去和將來位置，這是一種稱為天體力學的領域。最近，對近地物體的跟踪將允許預測地球與這些物體的緊密相遇或潛在碰撞。

附近恆星的恆星視差的測量在宇宙距離梯子中提供了基線，用於測量宇宙的尺度。附近恆星的視差測量為更遙遠的恆星的性質提供了絕對基線，因為可以比較它們的性質。徑向速度和恆星適當運動的測量使天文學家可以通過銀河系的銀河系繪製這些系統的運動。天文學結果是計算銀河系中推測暗物質的分佈的基礎。

在1990年代，使用附近恆星的恆星搖擺的測量被用來檢測繞著這些恆星的大型外行星。

理論天文學

理論天文學家使用多種工具，包括分析模型和計算數值模擬。每個都有其特殊的優勢。一個過程的分析模型更適合更廣泛地了解正在發生的事情的核心。數值模型揭示了現象的存在和其他未觀察到的影響。

天文學的理論家努力創建基於現有觀察和已知物理學的理論模型，並預測這些模型的觀察結果。模型預測的現象的觀察使天文學家可以在幾種替代或衝突模型之間進行選擇。理論家還修改現有模型以考慮新的觀察結果。在某些情況下，與模型不一致的大量觀察數據可能會導致大部分或完全放棄它，因為對於地理理論，浮力於以太的存在以及宇宙進化的穩態模型。

理論天文學家建模的現象包括：

• 恆星動力和進化
• 星系形成
• 宇宙中物質的大規模分佈
• 宇宙射線的起源
• 一般相對論和物理宇宙學，包括弦宇宙學和Astroparticle物理學。

現代理論天文學反映了自1990年代以來觀察的巨大進步，包括對宇宙微波背景，遙遠的超新星和星係紅移的研究，這導致了標準的宇宙學模型的發展。該模型要求宇宙包含大量的暗物質和深色能量，其性質目前尚不清楚，但該模型給出了與許多不同觀察結果非常吻合的詳細預測。

特定子場

天體物理學

天體物理學是使用物理和化學原理“確定天文學物體的性質，而不是它們在太空中的位置或運動”的天文學分支。研究的物體包括太陽，其他恆星，星系，極性行星，星際介質和宇宙微波背景。在電磁譜的所有部分都檢查了它們的排放，所檢查的性能包括發光度，密度，溫度和化學組成。由於天體物理學是一個非常廣泛的主題，因此天體物理學家通常應用許多物理學學科，包括力學，電磁，統計力學，熱力學，量子力學，相對論，核和粒子物理學以及原子和分子物理學。

實際上，現代天文學研究通常涉及理論和觀察物理學領域的大量工作。天體物理學家的一些研究領域包括他們試圖確定暗物質，暗能量和黑洞的特性；無論時間旅行是否可能，都可以形成蟲洞，或者存在多重宇宙；以及宇宙的起源和最終命運。理論天體物理學家還研究的主題包括太陽系的形成和進化。恆星動力和進化；星系形成和進化；磁水動力學；宇宙中物質的大規模結構；宇宙射線的起源；一般相對論和物理宇宙學，包括弦宇宙學和Astroparticle物理學。

星體化學

天文學是對宇宙中分子的豐度和反應的研究，以及它們與輻射的相互作用。該學科是天文學和化學的重疊。 “星體化學”一詞可以應用於太陽系和星際介質。太陽係對像中元素和同位素比的豐度（例如隕石）的研究也稱為宇宙化學，而對星際原子和分子的研究及其與輻射的相互作用有時稱為分子天體物理學。分子氣雲的形成，原子和化學組成，進化和命運特別感興趣，因為太陽系形成了太陽系形成的這些雲。該領域的研究有助於理解太陽系的形成，地球的起源和地質， riogenogeny以及氣候和海洋的起源。

天體生物學

天文學是一個跨學科科學領域，與宇宙中生命的起源，早期進化，分佈和未來有關。天體生物學考慮了是否存在外星生命的問題，以及人類如何檢測它。術語外生物學相似。

天體生物學利用分子生物學，生物物理學，生物化學，化學，天文學，物理宇宙學，外部球門學和地質學來研究其他世界上生命的可能性，並幫助識別與地球上可能不同的生物圈。生命的起源和早期演變是天體生物學學科的不可分割的一部分。天體生物學涉及對現有科學數據的解釋，儘管人們娛樂以提供背景，但天文學主要涉及牢固地符合現有科學理論的假設。

這個跨學科的領域包括對行星系統起源的研究，空間中有機化合物的起源，岩石 - 水 - 碳相互作用，地球上的物物生成，行星可行性，對生命檢測的生物簽名的研究以及生命潛在適應生命的潛力的研究地球和外太空的挑戰。

物理宇宙學

宇宙學（來自希臘語κόσμος （ Kosmos ）“世界，宇宙”和λόγος （徽標）“ word，study”或字面上的“邏輯”）可以被視為整個宇宙的研究。

對宇宙的大規模結構的觀察，一個稱為物理宇宙學的分支，對宇宙的形成和演變提供了深刻的了解。現代宇宙學的基礎是對大爆炸的良好感知理論，其中我們的宇宙始於一個時間點，此後在138億年內擴大到目前的狀況。大爆炸的概念可以追溯到1965年的微波背景輻射的發現。

在這一擴展過程中，宇宙經歷了幾個進化階段。在很早的時候，理論上認為宇宙經歷了非常快速的宇宙通脹，從而使起始條件勻漿。此後，核合成產生了早期宇宙的元素豐度。 （另請參見Nucleocosmodonology 。）

當第一個由原始離子海洋形成的第一個中性原子，空間變得透明，釋放了今天視為微波背景輻射的能量。由於缺乏恆星的能源，擴大的宇宙隨後經歷了黑暗時代。

物質的分層結構從空間質量密度的微小變化開始形成。物質積累在最密集的地區，形成氣體雲和最早的恆星，人口III恆星。這些巨大的恆星觸發了電離過程，據信據信在早期宇宙中產生了許多重元素，通過核衰減，產生了較輕的元素，從而使核合成的循環持續更長。

重力聚集聚集在細絲中，在間隙中留下空隙。逐漸地，天然氣和塵埃組織合併以形成第一個原始星系。隨著時間的流逝，這些物質會增加更多的物質，並且經常被組織成星系的組和簇，然後分為大型超級分類器。

宇宙結構的基礎是暗物質和暗能量的存在。這些現在被認為是其主要組成部分，佔宇宙質量的96％。因此，在嘗試了解這些組件的物理學方面花費了很多努力。

外層面的天文學

對我們銀河係以外的物體的研究是天文學的一個分支，與星系的形成和演化，它們的形態（描述）和分類，觀察活躍星系的觀察以及大規模的星系組和星系群。最後，後者對於理解宇宙的大規模結構很重要。

大多數星系被組織成不同的形狀，可以進行分類方案。它們通常分為螺旋，橢圓形和不規則星系。

顧名思義，橢圓星系具有橢圓形的橫截面形狀。恆星沿著隨機軌道移動，沒有首選方向。這些星係幾乎沒有星際灰塵，幾乎沒有星形的區域和較老的恆星。橢圓星係可能是由其他星系合併形成的。

螺旋星係被組織成一個平坦的旋轉磁盤，通常在中心有突出的凸起或桿，並落在螺旋式的螺旋式螺旋式的手臂上。手臂是塵土飛揚的恆星形成區域，其中巨大的年輕星星在其中產生藍色的色調。螺旋星系通常被較老的恆星光環包圍。銀河系和我們最近的星系鄰居之一，仙女座星系都是螺旋星系。

不規則的星系外觀混亂，既不是螺旋形的也不是橢圓形的。大約四分之一的星係是不規則的，此類星系的特殊形狀可能是重力相互作用的結果。

主動星係是從恆星，灰塵和氣體以外的其他來源發出大量能量的地層。它由核心的緊湊型區域提供動力，被認為是一個超級質量的黑洞，它從活動內材料發出輻射。射電星系是一個活躍的星系，在頻譜的無線電部分中非常發光，並且正在排放巨大的氣體或裂片。發射較短頻率，高能輻射的活躍星系包括塞弗特星系，類星體和大麻。據信類星體是已知宇宙中最一致的發光物體。

宇宙的大規模結構由星系組和星系簇表示。該結構被組織成一個分組的層次結構，其中最大的是超級群體。集體物質成形成細絲和牆壁，在之間留下了大空隙。

銀河天文學

在銀河系中的太陽系軌道，這是一個被禁止的螺旋星系，是當地星系組的傑出成員。它是通過相互重力吸引力固定在一起的氣體，灰塵，恆星和其他物體的旋轉質量。由於地球位於塵土飛揚的外臂內，因此，銀河系中有很大一部分被視線遮蓋。

在銀河系的中心是核心，它是一個條形的凸起，據信它是其中心的超大型黑洞。這被核心螺旋的四個主要臂所包圍。這是一個活躍的恆星形成區域，其中包含許多年輕的人口I星。該磁盤被較老的人口II恆星的球體光環以及相對密集的恆星濃度所包圍，稱為球狀簇。

恆星之間是星際介質，這是一個稀疏物質的區域。在最密集的區域，分子氫和其他元素的分子云會產生星形形成區域。這些始於緊湊的固有核心或深色星雲，該核心濃縮和塌陷（由牛仔褲長度確定）以形成緊湊的質體。

隨著較大的恆星出現，它們將雲轉化為發光氣體和等離子體的H II區域（電離原子氫）。這些恆星的恆星風和超新星爆炸最終導致雲散佈，通常會留下一個或多個年輕的開放式恆星簇。這些簇逐漸散佈，星星加入了銀河系的人口。

對銀河系和其他星系的物質的運動學研究表明，質量比可見物質所能說明的要多。儘管這種暗物質的性質仍然不確定，但暗物質光環似乎占主導地位。

恆星天文學

恆星和恆星進化的研究對於我們對宇宙的理解至關重要。恆星的天體物理學是通過觀察和理論理解來確定的。以及內部計算機模擬。恆星形成發生在塵埃和氣體的密集區域，稱為巨型分子云。當不穩定時，雲碎片可能在重力的影響下崩潰，形成一個原恆星。一個足夠密集且熱的核心區域將觸發核融合，從而產生主要序列恆星。

幾乎所有比氫和氦氣都重的元素都是在恆星內部產生的。

所得星的特徵主要取決於其起始質量。恆星越大，其發光度越大，並且將其氫燃料融合到其核心中的速度越快。隨著時間的流逝，這種氫燃料被完全轉化為氦氣，並且恆星開始發展。氦的融合需要更高的核心溫度。足夠高的核心溫度的星星將其外層向外推，同時增加其核心密度。在核心彈性燃料中又消耗了氦氣燃料之前，由擴展的外層形成的紅色巨人壽命短。非常龐大的恆星還可以融合越來越重的元素，也會發生一系列進化階段。

恆星的最終命運取決於其質量，質量的恆星大約是太陽成為核心倒塌超新星的八倍。當較小的星星從外層吹出，並以白色矮人的形式留在惰性核心後面。外層的射出形成了行星星雲。超新星的殘留物是一個密集的中子恆星，或者，如果恆星質量至少是太陽的三倍，則是黑洞。緊密繞行的二進制恆星可以遵循更複雜的進化路徑，例如傳質轉移到可能引起超新星的白色矮人伴侶中。行星星雲和超新星通過融合到星際培養基中的恆星中產生的“金屬”。沒有它們，所有新恆星（及其行星系統）將僅由氫和氦氣形成。

太陽天文學

在大約八分鐘的距離處，最經常研究的恆星是太陽，這是典型的主要序列矮人的G2級V，大約46億年（GYR）（GYR）。太陽不被認為是可變的恆星，但是它確實會在被稱為黑子週期的活動中發生週期性變化。這是黑子數11年的振盪。黑子是與強度磁性活動相關的低於平均溫度的區域。

自從首次成為主序列以來，太陽的發光度穩步增加了40％。太陽還經歷了亮度的周期性變化，可能會對地球產生重大影響。例如，據信，最低限度是在中世紀引起的冰河時代現像很小的。

在太陽的中心是核心區域，核融合的足夠溫度和壓力。在芯上方的是輻射區，在該區域中，等離子體通過輻射傳達了能量通量。在上面是對流區，氣體材料主要通過稱為對流的氣體的物理位移來運輸能量。據信，對流區域內的質量運動會產生產生黑子的磁性活動。太陽的可見外表面稱為光球。在該層上方是一個被稱為染色層的薄區域。這被迅速升高溫度的過渡區域圍繞，最後被超熱的電暈所包圍。

等離子體顆粒的太陽風不斷從太陽向外流，直到在太陽系的最外部極限到達螺旋膜。當太陽風經過地球時，它與地球的磁場（磁層）相互作用並偏轉太陽風，但是捕獲了一些構成包圍地球的範艾倫輻射帶。當太陽風顆粒被磁通線引導到地球極區域時，產生了極光，然後線下降到大氣中。

行星科學

行星科學是對行星，衛星，矮人行星，彗星，小行星和其他繞太陽的屍體以及外星行星的組合的研究。最初通過望遠鏡進行了相對良好的研究，然後通過航天器進行了很好的研究。儘管仍在做出許多新發現，但這為太陽行星系統的形成和演變提供了很好的總體理解。

太陽係被分為內部太陽系（細分為內行星和小行星帶），外部太陽系（細分為外行星和半人馬座），彗星，跨北極區（細分為Kuiper帶，分為Kuiper帶，以及散落的圓盤）和最遠的區域（例如，地球層的邊界和Oort雲，可能會延伸至光年）。內部陸地行星由汞，金星，地球和火星組成。外部巨型行星是氣體巨頭（木星和土星）和冰巨人（天王星和海王星）。

這些行星是在圍繞著早期太陽的原星磁盤上形成46億年前的。通過包括重力吸引力，碰撞和積聚的過程，隨著時間的流逝，磁盤形成了物質的團塊。然後，太陽風的輻射壓力驅逐了大多數未經調查的物質，只有那些具有足夠質量的行星才能保持氣態氣氛。在強烈的轟炸期間，行星繼續掃蕩或彈出剩餘的物質，這是由於月球上的許多衝擊火山口證明的。在此期間，某些原始星et可能已經碰撞，其中一種碰撞可能形成了月球。

一旦行星達到足夠的質量，在行星分化過程中，不同密度的材料在內部分離。這個過程可以形成石質或金屬芯，周圍是地幔和外殼。核心可能包括固體區域和液體區域，一些行星岩心會產生自己的磁場，可以保護其大氣免受太陽風剝離。

行星或月球的內部熱量是由放射性材料（例如鈾， th和²⁶ al ）的腐爛產生的碰撞產生的，或者是由與其他物體相互作用引起的潮汐加熱。一些行星和衛星會積聚足夠的熱量以驅動地質過程，例如火山和構造。那些積累或保留大氣的人也會受到風或水的表面侵蝕。較小的身體，沒有潮汐加熱，更快冷卻；除影響碎屑外，他們的地質活動停止了。

跨學科研究

天文學和天體物理學已經與其他主要科學領域建立了巨大的跨學科聯繫。考古學是利用考古學和人類學證據在文化背景下對古代或傳統天文學的研究。天體生物學是對宇宙生物系統的出現和演變的研究，特別著重於非物體生命的可能性。 Astrostatistics是將統計數據應用於天體物理學對大量觀察天體物理數據的分析。

在空間中發現的化學物質的研究，包括它們的形成，相互作用和破壞，稱為星體化學。這些物質通常在分子云中發現，儘管它們也可能出現在低溫恆星，棕色矮人和行星中。宇宙化學是對太陽系中發現的化學物質的研究，包括同位素比的元素和變化的起源。這兩個領域都代表了天文學和化學學科的重疊。最後，作為“法醫天文學”，天文學的方法已被用來解決藝術史和偶爾的法律問題。

業餘天文學

天文學是業餘愛好者可以貢獻最多的科學之一。

總體而言，業餘天文學家有時會通過消費者級別的設備或設備來觀察各種天體和現象。業餘天文學家的常見目標包括太陽，月球，行星，恆星，彗星，流星陣雨以及各種深色物體，例如星形簇，星系和星雲。天文學俱樂部都位於世界各地，許多人都有幫助其成員建立並完成觀察計劃的計劃，包括觀察Messier（110個物體）中的所有物體或Herschel 400夜空中興趣點目錄的所有物體。業餘天文學的一個分支，天文攝影，涉及拍攝夜空的照片。許多業餘愛好者喜歡專注於觀察特定對象，對像類型或感興趣的事件類型。

大多數業餘愛好者都在可見的波長下工作，但是許多實驗可見光譜以外的波長。這包括在常規望遠鏡上使用紅外過濾器，以及射電望遠鏡的使用。業餘射電天文學的先驅是卡爾·詹斯基（Karl Jansky） ，他在1930年代開始在無線電波長上觀察天空。許多業餘天文學家使用自製望遠鏡或使用最初用於天文學研究的射電望遠鏡，但現在可以為業餘愛好者使用（例如，一英里望遠鏡）。

業餘天文學家繼續為天文學領域做出科學貢獻，這是業餘愛好者仍然可以做出重大貢獻的少數科學學科之一。業餘愛好者可以進行掩蓋測量，以改善次要行星的軌道。他們還可以發現彗星，並定期觀察可變恆星。數字技術的改進使業餘愛好者在天體攝影領域取得了令人印象深刻的進步。

天文學的未解決問題

在21世紀，天文學中仍然存在重要的未解決問題。有些是宇宙的範圍：例如，暗物質和暗能量是什麼？這些主導著宇宙的演變和命運，但它們的真實本質仍然未知。宇宙的最終命運是什麼？為什麼宇宙中鋰的豐度比標準大爆炸模型低四倍？其他人與更具體的現像有關。例如，太陽系是正常的還是非典型的？恆星質譜的起源是什麼？也就是說，為什麼天文學家會觀察到恆星質量的相同分佈（初始質量功能） ，無論初始條件如何？同樣，關於第一個星系的形成，超大質量黑洞的起源，超高能量宇宙射線的來源等等。

宇宙中還有其他生活嗎？特別是還有其他聰明的生活嗎？如果是這樣，費米悖論的解釋是什麼？其他地方的生活存在具有重要的科學和哲學意義。

也可以看看

• 宇宙- 科學的分支或有關宇宙起源的理論
• 天文學的輪廓
• 太空科學概述- 太空科學的概述和主題指南
• 太空探索- 探索空間，行星和衛星

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• 天文學詞彙表- 天文學研究中常用的術語和概念的定義清單
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• 天文觀測清單
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