天文学的研究方法也与其他自然学科有着明显的区别。我们既取不到太阳的物质来化验分析，也不能模仿着建造一个星星，我们甚至连直接测量一颗普通恒星的质量、密度、化学成分都无法做到。一切几乎仅依靠“观测”这样一种相对单一、被动的研究手段。由于天文学的特殊性，无法接近研究对象，通过观测到的信息又缺少关键资料，所以天文学研究的方法与其他自然科学有着明显的区别。可以说，天文学理论如同在沙里淘金一样，大量的探索只留下很少的科学结晶，但天文学从来没有停止过发展。
天文学包括很多分支，按照研究内容分为：天体测量学、天体力学和天体物理学。
天体测量学是天文学中发展最早的一个分支，它的主要内容是研究和测定各类天体的位置和运动，建立天球参考系等。利用天体测量方法取得的观测资料，不仅可以用于天体力学和天体物理研究，而且具有应用价值，比如用以确定地面点的位置。目前，天体测量的手段已从早期单一的可见光波段，发展到射电、红外等其他电磁波段，精度也不断提高，并且从地面扩展到空间，这就是空间天体测量。
天体力学主要研究天体的相互作用、运动和形状，其中运动应包括天体的自转。早期的研究对象是太阳系天体，目前已扩展到恒星、星团和星系。牛顿万有引力定律和运动三定律的建立奠定了天体力学的基础，使研究工作从运动学发展到动力学。因此，实际上可以说牛顿是天体力学的创始人。今天，我们可以准确地预报日食、月食等天象，和天体力学的发展是分不开的。
天体物理是天文学中最年轻的一门分支学科，它应用物理学的技术、方法和理论，来研究各类天体的形态、结构、分布、化学组成、物理状态和性质以及它们的演化规律。18世纪赫歇尔开创恒星天文学可谓天体物理学的孕育时期。19世纪中叶，随着天文观测技术的发展，天体物理成为天文学一个独立的分支学科，并促使天文观测和研究不断做出新发现和新成果。就其研究内容来说，有太阳物理、太阳系物理、恒星物理、银河系天文、星系天文、宇宙化学、天体演化及宇宙学等；就其研究方法而言，又可分为实测天体物理和理论天体物理。
天文学的发展经历了三个主要的里程碑：从地心说到日心说，从日心说到银河系，从银河系到河外星系。
早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。
16世纪中期，波兰天文学家哥白尼在他的不朽名著《天体运行论》中系统地提出了日心说。在他阐释的日心体系中，太阳居于宇宙的中心，地球和其他行星沿着圆形轨道绕太阳运行。按照日心说理论，就地球上的人来看，天上恒星的位置应随着地球绕太阳运动而发生变化。就这样，地球的地位从居宇宙之中的特殊天体降为绕太阳运动的一颗普通行星。
17世纪初，伽利略利用他的望远镜发现了月球表面的环形山、金星、木星的卫星、太阳黑子，发现了茫茫银河由无数个恒星所组成。18世纪后期，英籍德国天文学家威廉·赫歇尔利用他自制的当时世界上最大的46厘米望远镜，通过长期地实际观测，并经过精心地分析研究，建立了第一个银河系模型。在这一模型中，太阳仍然位于当时人们所认识的宇宙范围——银河系的中心。20世纪初，美国天文学家沙普利通过对银河系内天体分布的分析，确认太阳并不位于银河系的中心，而是处于相对来说比较靠近银河系边缘的地方，从而纠正了赫歇尔银河系模型的错误。这样，太阳的地位也发生了变化，从居于银河系中心的特殊恒星降为银河系中一颗毫无特殊地位可言的普通恒星，地球在宇宙中的地位也就更无特殊性可言了。
那么，银河系是否已经包括了宇宙的全部内容呢？18世纪中期，德国人康德首次明确提出在银河系外的宇宙空间中存在着无数个类似的天体系统，称为河外星系，或简称星系，甚至确指仙女大星云即是一个很好的例子。但直到20世纪初，关于星云的本质仍然没有明确的定论。20世纪20年代，哈勃利用当时世界上最大的2.5米的望远镜观测仙女星云时，发现了里面的造父变星，然后利用对造父变星的观测，推算出这个仙女星云离地球为225万光年，显然，这个距离远在银河系以外，改名为仙女星系。现在天文学家已经拍到各种各样的河外星系，等待着我们去探索。
在天文学的研究下，宇宙正一步一步展开它神秘的面纱。总有一天，诸如光线弯曲、黑洞、虚时间这些深不可测的词汇，在人们的心里会变得不再陌生，我们会更加了解与我们息息相关的宇宙。神秘的天空总是深深地吸引着人类探索的目光。对于人类来说，宇宙是遥远而神秘的，它充满着无穷无尽的奥秘。
对于人类来说，宇宙是遥远而神秘的，它充满着无穷无尽的奥秘。宇宙是什么？宇宙有多大？宇宙存在有多久了？为了解决这些问题，诞生了一门新的科学——天文学。
什么是宇宙
人类对宇宙的认识可以追溯到远古时代。在中国有夸父追日的传说，在传说中，天地开始是一片混沌，后来夸父累死之后，才混沌初开。在西方，有上帝造人的传说，在上帝造人的七日之后，天地初开。一直到现在，人类对宇宙的探索还在进行当中。面对浩渺无垠的宇宙，没有人知道它来自哪里又将去向何方，而其中究竟隐藏着多么巨大的秘密呢？这正是人类千百年，甚至数万年来急于解开之谜。对于宇宙是什么概念这个问题，让我们先有一个清晰的认识。《淮南子·原道训》说“上下四方为之宇，古往今来为之宙”。按照物理学的观点，上下四方是空间，也就是一个三维的概念，而古往今来是时间，是一个一维的概念，所以，宇宙两个字联系起来，是一个四维空间。可见古人对于宇宙的定义，是带有朴素的唯物辩证法的观点的。而按照现代的观点，宇宙是指广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称，并且宇宙是处于不断的运动和发展之中的。也就是说人类目所能及的地方以及人类还没有看到但是仍然存在的物质都是宇宙。
人类对宇宙的认识进程，先从地球开始，再从地球伸展到太阳系，进而延展到银河系，然后扩展到河外星系、总星系。
地球，在茫茫宇宙太空，它不过是太阳系大家庭一个普普通通的成员。地球与其他八位行星“兄弟”一起日夜绕着它们的“母亲”——太阳旋转，连同66颗“月球”般的卫士、神秘莫测的彗星、数以千计的小行星和无数的流星，组成太阳系。尽管太阳系有这么多成员，但它所占的宇宙空间直径仅120亿公里。比太阳系范围更大的是银河系。银河系包括有1000多亿颗“太阳”——恒星，所占宇宙空间直径已达10万光年。
银河系并不是宇宙空间的尽头。在银河系之外，还有许许多多星系，人们管它们叫“河外星系”。天文学家已发现10亿多个河外星系，每个河外星系都包含有几亿、几百亿甚至几千亿颗恒星和大量的星云和星际物质。所有河外星系又构成更庞大的总星系。目前，通过射电望远镜和空间探测，已观测到距离我们地球约200亿光年的一种似星非星的天体，取名“类星体”。这种天体的发现，把今天人类视线拓展到200亿光年的宇宙深空。
所以我们所说的宇宙是一个无限的概念。
面对浩渺无垠的宇宙，科学界也解释不了这中间究竟又隐藏着多少的秘密？千百年以来这一直是科学家难解之谜。
系外行星的发现
布鲁诺说：“宇宙是无限大的，其中的各个世界是无数的。”在相当长的一段时间里，人们对于这种说法怀有认同感，但是却拿不出实际的观测证据。
在宇宙中有数不清的恒星，按说理应存在为数不少的行星。但是观测行星比观测恒星困难得多。行星比恒星的体积小很多，更关键的是，行星不发光，常规的观测手段——光学波段观测很难奏效。事实上，即使是最大口径的天文望远镜也不能直接拍摄到太阳系以外行星的照片。那么，怎样才能找到太阳系之外的世界？
一、捕捉行星的影子
太阳系外的行星总会露出点蛛丝马迹。如果直接观测不行，我们还可以用间接的手段。我们知道行星绕恒星运转是因为引力的作用。在地球上我们能感觉到太阳和地球之间的引力作用的效果，也就是地球每年绕太阳运转一周，但是我们很少注意到地球对太阳的作用。
严格地说“地球绕太阳运转”是一种粗略的说法。正确的说法应该是，地球以及太阳系所有天体绕太阳系的质心运动。
这一观念曾经帮了天文学家的大忙。人们曾经认为天狼星没有伴星，当时的观测手段也无法拍摄到天狼星伴星的照片。但是科学家发现，天狼星在星空背景上以波浪线的方式移动。一种解释就是，天狼星有一个质量不算太小的“隐形”伙伴，它们相互绕行，因此天狼星的运动轨迹才会如此古怪。后来，借助于威力更大的望远镜，人们终于拍摄到了天狼星伴星的照片——那是一颗发着微弱光的白矮星。
20世纪末，几位科学家借助于这个概念寻找褐矮星（一类质量相当小、几乎不发光的恒星），他们观测遥远恒星的光谱。如果恒星拥有褐矮星的伙伴，在地球上的科学家看来，恒星会微微地“晃动”。表现在光谱上，由于多普勒效应，恒星的光谱会发生周期性的红移和蓝移。这样，他们发现了恒星飞马座51可能拥有褐矮星，然而经过仔细地计算，他们发现了一件不可思议的事情：那颗褐矮星的质量实在太小了——大约只有木星的一半。
于是，我们得到的最终结论是，飞马座51拥有的不是一颗恒星伙伴，而是一颗行星。这个不同寻常的发现调动了人们的热情，仅仅过去了6年时间，已经有超过70颗行星被我们找了出来。
二、三天半，等于一年
几年后，科学家们发现在飞马座的一颗叫做HD 209458的恒星拥有一颗行星。这颗行星的质量大约是木星的70％，以每3.5天绕恒星运转一周的疯狂速度运行着，它距离恒星非常近，表面温度达到了1000摄氏度以上。这颗行星有一个性质，那就是从地球观察者的角度看来，每3.5天它都会飞临HD 209458的表面，这被称作“凌日”现象。
我们知道，当一个连续光谱穿过较冷的气体的时候，气体中的元素会吸收掉一部分特定频率的光。每一种元素可以吸收的光都不同，使用光谱仪拍摄这种光谱的照片，可以看到，原本连续的光谱上出现了黑色的条纹——即所谓的吸收线。
行星经过HD 20945的时候，它的大气层也会吸收一部分光线，形成吸收光谱。科学家们借助哈勃太空望远镜的成像光谱仪拍摄了这颗行星凌日时的光谱照片。2001年11月25日，美国宇航局的科学家公布了他们的研究结果：这一光谱照片揭示了环绕HD 20945运行的行星大气层的化学成分。这颗行星的大气中含有大量的钠元素，但是要比科学家们预计的要少，这可能是因为行星大气高层的云挡住了部分光线导致的误差。
是啊，这样的结果或许有点让人失望，因为这颗行星并不适宜生命的存在，它的表面温度高达1000多摄氏度。但是这种探测遥远行星大气层的方法非常有用。科学家们认为，找到类似于地球这样的行星并不是非常困难的。借助于这项技术，科学家们就有可能分析出有哪些“地球”大气的化学成分，从而推断那里是否存在生命。
迄今为止，地球是唯一拥有生命的星球。然而，由于有了这项技术，我们也许很快就能知道，地球以外的生命究竟在哪里。
科学的进步和发展，给人类带来了越来越多的惊奇，让我们静静地等待吧。
系外行星的发现，让人们对遥远的宇宙又产生了越来越多的兴趣。随着科学技术的进步，许多未解的谜必将被破解。
太阳的伙伴
你知道太阳也有自己的伴星吗？你知道太阳的伴星究竟是以什么形式存在的，它存在的意义是什么吗？我们现在就来揭开太阳的伙伴——太阳伴星之谜。
在天文学上，一般把围绕一个公共重心互相做环绕运动的两颗恒星称为物理双星。物理双星是唯一能直接求得质量的恒星，是恒星世界中很普遍的现象。我们又把看起来靠得很近，实际上相距很远、互相独立、不作互相绕转运动的两颗恒星称为光学双星，光学双星没有什么研究意义。
一般认为，双星和聚星（多颗恒星组成的恒星系统）占恒星总数的一半多。太阳作为一颗较典型的恒星，它是否也有自己的伴侣——伴星呢？或者说，它是否也属于一种比较特殊的物理双星呢？近几年来，这是科学家们非常关心的问题。
天文学家曾有过太阳具有伴星的想法是很自然的事。当人们发现天王星和海王星的运行轨道与理论计算值不符合时，曾设想在外层空间可能另有一个天体的引力在干扰天王星和海王星的运动。这个天体可能是一颗未知的大行星，也可能是太阳系的另一颗恒星——太阳伴星。
20世纪80年代中期，美国物理学家穆勒和他的同事，共同提出了太阳存在着一颗伴星的假说。与此同时，另外的两位天体物理学者维特密利和杰克逊，也独立地提出了几乎完全相同的假说。
穆勒在和他的同事们讨论生物周期性绝灭的问题时说：“银河系中一半以上的恒星都属于双星系统。如果太阳也属于双星，那么我们就可以很容易解决这个问题了。我们可以说，由于太阳伴星的轨道周期性地和小行星带相交，引起流星雨袭击地球。”他的同事哈特灵机一动，说：“为什么太阳不能是双星呢？同时，假设太阳的伴星轨道与彗星云相交岂不是更合理一些？”于是，他们在当天就写出了论文的草稿。他们用希腊神话中“复仇女神”的名字，把这颗推想出来的太阳伴星称为“复仇星”。前面所提到的彗星云一般称为“奥尔特云”，它是以荷兰天文学家奥尔特的名字命名的绕日运行的一团太阳系碎片，奥尔特曾认为它距离太阳15万天文单位（日地平均距离），可能是一个“彗星储库”，其中至少有1000亿颗彗星。由于太阳伴星在彗星云附近经过，使彗星运动轨道发生变化，因此引起彗星撞向地球，结果引起了生存条件的变化。穆勒说，这种彗星雨可能持续100万年。这一观点与某些古生物学家设想物种绝灭并不是那么突如其来的意见是一致的。