太阳是地球上光和热的源泉。从天文学的观点来看，它作为离我们最近的一颗恒星而占有特殊的地位。作为恒星来说，太阳很普通又很典型。它在各类恒星中不算亮也不算暗，不大也不小。太阳的中心处在很高的压力下，温度约1500万度。那里的高温高压条件导致热核聚变，每秒钟释放的能量可供地球上按现在的消费水平使用1000万年。这种能量中的主要部分，辗转经历千万年的时间才传到太阳表面，然后辐射到周围的空间中去。
太阳表面经常出现的以黑子和磁场为标志的太阳活动，是宇宙电动力学现象的一个重要现象。这种活动趋于剧烈时便发生耀斑现象，表现为各种波长的电磁辐射的突增和“高”能量质点的抛射。这是天文世界中极为重要、极其复杂的能量聚集、存储、引发和释放过程的一个特写。尽管这在恒星世界中还属于很小规模的活动。
银河系与河外星系
夏夜仰望天空，可以看到横贯天空的银河。从望远镜里看去，银河带实际上是由千千万万颗星星组成的。这个庞大的恒星集团取名为银河系。在银河系里，大部分恒星集中在一个扃球状的空间范围内，侧面看上去像一个铁饼。人们肉眼看到的银河正是这个“铁饼”的一部分投影。在银河系里，恒星的总数在千亿颗以上，此外还有各种类型的银河星云、星际气体和尘埃。
银河系以外还有许许多多同银河系规模相当的庞大天体系统，它们曾形象地被称为“宇宙岛”，一般称为河外星系，简称星系。
星系也聚成大大小小的集团，有双重星系、多重星系以至星系团。用目前最大的望远镜可以观测到数以十亿计的星系，其中离我们最远的估计达150亿光年。
河外星系按它们的形态可以分为椭圆星系、漩涡星系和不规则星系。它们的演化历程目前尚无定论。河外星系的观测使天文学研究的范围扩展到以百亿光年为尺度的广阔空间，使我们对大尺度空间中的物理状态有了实测的基础，成为现代宇宙学的一个支柱。
天文学的发现与成就
现代宇宙学的诞生
宇宙学是从整体上研究宇宙的结构和演化、运动和发展的科学，是天文学的一个崭新分支。20世纪以来，在大量天文观测资料和现代物理学的基础上，产生了现代宇宙学，开创者是伟大的物理学家爱因斯坦。1916年，爱因斯坦建立了广义相对论。1917年，他率先把广义相对论应用于宇宙研究，提出了他的宇宙模型。爱因斯坦的假说给予人们很大的启发，但宇宙静止的观点并不令人信服。
与爱因斯坦的宇宙静止观相反，英国天文学家爱丁顿1920年提出宇宙在膨胀中的看法。1924年，苏联数学家弗里德曼在广义相对论的框架下，从理论上论证了宇宙要么膨胀，要么收缩，决不会保持静止状态。1927年，比利时天文学家勒梅特建立了宇宙膨胀模型，他认为大尺度空间随时间的推移而膨胀。
哈勃的重要发现——星系的红移定律，大大促进了现代宇宙学的诞生。1929年，哈勃著名的红移定律表明所有河外星系都有光谱线红移（向低频方向移动）现象，即它们都以不同的方向远离我们而去，并且离我们越远的星系离去速度越大，这似乎说明整个宇宙在膨胀之中。哈勃的这一发现，为弗里德曼和勒梅特宇宙模型提出了直接的观测依据，动摇了宇宙静止的传统观念，是20世纪天文学最重要的成就之一。
射电天文学的诞生
1932年，美国电信工程师央斯基发现了来自太空的无线电波，开创了用辐射电波研究天体的新纪元。1940年，美国人雷伯尔制成了一座直径为9．45米的抛物面天线，用以接收太空来的无线电波，这是世界上第一台射电天文望远镜。从此，光波波段以外的射电窗口被打开了，一个崭新的分支——射电天文学随之诞生。射电天文学至今已发现太空中有3万多个射电源，并看到了100亿光年的星系。
宇宙微波背景辐射的发现
天文学最有意义的发现是宇宙做波背景辐射。
1948年，著名物理学家盖莫夫等提出大爆炸宇宙模型时，曾预言在宇宙形成的最初阶段留下了黑色微波背景辐射。
1964年，美国贝尔电话实验室在新泽西州的克劳福德山上设立了一架供人造卫星用的天线，射电天文学家彭齐亚斯和威尔逊负责调试这架天线，以测定银河系平面以外区域的射电波强度。当他们想尽办法避免地面噪声干扰，而且提高了天线的灵敏度后，发现总有一个原因不明的噪声消除不掉。这个噪声十分稳定，相当于3．5K的射电辐射温度。
他们开始很不理解，因而也没有立即公布自己的发现。消息传到了普林斯顿大学后，那里的天体物理学家迪克等人正在准备做实验，来验证大爆炸模型所预言的背景辐射。他们立即断定这个无法消除的噪声就是宇宙背景辐射。经过通力协作继续观测，迪克等人终于证实了彭齐亚斯和威尔逊的观测结果，与大爆炸宇宙学的预言完全符合。这就强烈地支持了大爆炸宇宙理论，使之居于宁宙形成理论的主导地位，也掀起了宇宙学理论研究的新高潮。
类星体的发现
1963年，美国加利福尼亚技术研究所的字航员马尔滕·施密特首先宣布自己发现了一种新的奇异的天体：它体积极小、辐射能量极大；不仅如此，这种天体还在以每秒约4万公里的速度远离地球，拥有比任何其他已知天体都要高的速度。
1960年，射电天文学家们就已经注意到了这种奇异的火体。而施密特对这种天体的观测又有了进一步的发现。这是一种让科学家们困惑不解的天体：它们在光谱上的红移量表明这种天体应该离人们极为遥远，有些天体距地球可以达到上百亿光年；但同时它们的亮度却十分大，其中仅一颗天体燃烧的亮度就是1000亿颗恒星的100倍，是宇宙中能持续发光的最亮的天体。距离这样远的天体向地球辐射出如此大的亮度，意味着它具有一种不可思议的能量，这用人们已知的任何物理规律都无法解释。
天文学家们把这种奇异的天体称为类星体。类星体的发现给天文学研究的一些基本理论和概念造成了很大困惑，而类星体如此大的能量从何而来，更是让天体物理学家们感到无从探究。但是，有一点可以肯定，这样人的能量决不是一般恒星的热核反应所能产生的。
脉冲星设想图
脉冲星的发现
1967年，英国射电天文学家赫威斯和贝尔在用射电天文望远镜观测星空时，收到一种奇怪的无线电脉冲信号，即它不是连续的，而是间断的，而且两次信号之间的时间间隔很短，约0．03～0．04秒，但非常精确，就像人的脉搏跳动那样。经分析和研究，人们认为这种脉冲信号一定来自一颗表面上有很强磁场且旋转得很快的星体，它每转一次，脉冲信号就扫过地球一次，所以我们收到的信号是间断的。人们给这种星体取名“脉冲星”。
星际分子的发现
进入20世纪60年代，由于毫米波技术的发展，射电天文学家在银河系内外的星际介质中发现了100多种有机分子的谱线。1963年，射电天文学家在仙后座发现了羟基分子的光谱；1968年又在人马座方向发现了氨分子的发射谱线。更值得注意的是，1969年天文学家在人马座上还发现了一个多原子的有机分子：甲醛分子。这个发现引起了科学界的高度重视，因为甲醛分子在适当的条件下可以转化为氨基酸，而氨基酸正是生命物质的基本组成形式。
中子双星的发现
1974年底，美国普林斯顿大学的天文学家约瑟夫·泰勒和拉塞尔·赫匀斯，在波多黎各的阿雷西沃，利用直径305米的大型射电天文望远镜，发现了一对靠引力结合在一起，互相围绕着对方旋转的中子（脉冲）双星。这是自然界中极为罕见的现象，他们二人因这一重大发现荣获1993年诺贝尔物理学奖。
第三颗有光环的行星
1979年3月7日，美国加利福尼亚州巴萨迪纳喷气推进研究室的科学家们宣布：木星周围也有光环。这一发现是旅行者1号宇宙飞船完成的，它是旅行者1号飞往木星任务的第一个惊人发现。在飞船到达接近木星的最近点之前16小时的时候，飞船拍摄并传送回来的照片表明，这条光环像一条模糊的白带。据科学家估计，它只有约30千米厚，8000千米宽。它是一层不明显的岩屑。
这样，木星成了除土星和天王星之外的又一颗带有光环的星。天文学家早在1610年就已经知道土星有光环，而天王星的光环是于1977年才被发现的。这就意味着，在宇宙空间确实存在着生命发生的适宜条件，生命的种子早已漂浮在无垠的宇宙空间。有人甚至提出，也许就是彗星或流星将这些生命的种子，甚至将已有复制能力的分子植入地球。也就是说，人类的祖先也许就来自这些漂浮的星际分子。随着星际分子发现得越来越多，一门新兴学科——星际分子天文学也诞生了。
宇宙中的其他天体
1923年11月21日，在美国加利福尼亚威尔逊天文台，天文学家哈勃通过254厘米的望远镜，一直注视着仙女星座的星云，并做出了重大发现。
这一发现注定将改变人们对宇宙以及我们在宇宙中的位置的认识。1755年德国哲学家康德提出的“岛屿宇宙说”酷似我们银河系的天体，但这一说法从来没有得到证实。
仙女星座的星云是首次认证的除银河系之外的天体。在仙女星座的星云之中，哈勃注意到一个物体的亮度忽明忽暗。他意识到那是一颗可以用来测量距离的造父变星，而且那颗星远离银河系。这就意味着仙女座星云是完全独立的天体，同时也说明宇宙比我们任何人想象的都要大。
世界上最大的望远镜
1948年6月3日，世界上最大的望远镜在美国制成并交付使用。这台望远镜的镜片达508厘米，用乔治·埃利·海尔的名字命名。海尔是著名天文学家，由于他的努力，才最终取得该望远镜的研制成功。不过，他已于1938年去世。
海尔早在1927年就着手于大型望远镜的研究工作。但那时条件所哈勃太空望远镜限，进展缓慢，最大只制成了150厘米镜片的望远镜。但是，后来的工作颇有起色。直到他逝世以后，他的继任者们仍然一如既往，继续完善这项工作，并最终取得了成功。
这种望远镜得到了人们的普遍好评。正如宇航员所说，这种望远镜能够帮助他们研究远处的天体，而这在以前是绝不可能的。
太空神眼——哈勃空间望远镜
1990年4月24日，美国在佛罗里达肯尼迪航天中心用“发现”号航天飞机，把一台造价15亿美元的哈勃空间望远镜送上太空。这架望远镜重达11．6吨，长13米，宽4．2米，主体镜直径为2．4米。哈勃望远镜定位在距离地面607公里、与地球赤道倾角为28．5。的太空轨道，其观测距离为150亿光年。1993年12月和1997年2月，美国又先后对“哈勃”进行了修复及更新设备，以期大幅度提高其清晰度和灵敏度。“哈勃”的投入使用将有助于人类进一步揭开宇宙之谜。
宇宙奥秘
黑洞之谜
恒星在核能耗尽后，其质量超过2个太阳质量的，可能成为黑洞。因为在这种情况下，由于星体的质量相当大，引力也相当强，所以它的内部将没有任何力量阻挡恒星的引力收缩，星体将无限地收缩下去。
半径越来越小，密度越来越大，其表面的引力强度也越来越大。最后，它表面的引力大到足以使得一切粒子，包括光子都不能脱离它，也就是说引力强大到连光线都无法射出。这样，人们将看不见它，而只能透过它对周围物质的影响，间接地探知其存在。
任何物质，只能从黑洞外面被吸引到里面，而不能从黑洞里跑出来。到目前为止，黑洞的存在还只是一种理论上的预言，尚待验证。但有人认为，一些发射出X射线的双星系统中，那个质量很大而又看不见的成员，很可能就是黑洞。
太阳系的八大谜团
谜团之一：水星如何诞生？太阳系由九大行星组成。其中水星、金星、地球、火星及冥王星，是以岩石为主要成份的“地球型行星”；木星、土星、天王星及海王星，是大量气体包围的“木星型行星”。
最靠近太阳的行星是水星，它是如何诞生的呢？有两种说法：（1）由于水星最靠近太阳，科学家认为水星是在原始太阳系星云中的高温区域，由凝固的金属铁及其他富含物质的材料物质堆积而成。（2）水星是在巨大的原始行星互相碰撞的时候，由彼此的金属铁融合而成。
谜团之二：金星为什么灼热？金星的大小和地球最接近，两颗行星的内部构造可能也很相似。但根据探测船和雷达的观测，金星是一个灼热的世界，如同炼狱，表面笼罩着二氧化碳的浓厚大气。地表温度高达450摄氏度左右，是地球地表温度的30倍。
由于金星靠近太阳，当太阳能量上升之后，金星上的水化为气体释放到大气中。这时，原本溶于海中的二氧化碳也积存在大气中，引发强烈的温室效应，导致地表温度暴增。
谜团之三：月球离地球越来越远？月球目前距离地球大约60倍地球半径。但是，由于在地球和月球之间的潮汐力的影响，月球正以每年约3厘米的速度慢慢离地球远去。