天文学（Astronomy），是一门研究天体和天文现象的自然科学，主要研究天体的分布位置、运动规律、化学组成和物理状态以及天体和宇宙的结构、起源及演化。天文学的研究对象包括太阳、行星、矮行星、卫星、小行星、彗星、流星体、恒星、星团、星云等天体，以及超级月亮、流星雨、太阳黑子、超新星爆炸、伽马射线暴、脉冲星和背景辐射等天文现象。按照研究方法，天文学可分为天体测量学、天体力学和天体物理学。

天文学是最古老的自然科学之一，历史记载中的早期文明对夜空进行了系统的观测。近代天文学是以波兰天文学家尼古拉·哥白尼（Copernicus）在16世纪30年代后期建立的日心体系为起点，哥白尼学说改变了人们几千年来以为地球是宇宙中心的观念。在此过程中，精于天文观测的天文学大师第谷·布拉赫（Tycho）、创立行星运动定律的约翰尼斯·开普勒（Kepler）和发明天文望远镜的伽利略·伽利莱（Galileo）起了重要作用。开普勒行星运动的三条定律成为经典天文学的奠基石。英国物理学家牛顿（艾萨克·牛顿）提出的万有引力定律则在理论上揭示了行星乃至所有天体运动的规律。18世纪和19世纪中叶，天体力学的建立是此时期天文学巨大成就。到19世纪20世纪初，以阿尔伯特·爱因斯坦（Einstein）为代表的新一代物理学家进行了物理学的第三次革命，创立了相对论和量子力学，开始了现代天文学的进程。20世纪50年代，人造卫星上天，空间技术问世，使人类得以观测到所有波长的电磁辐射，从而进入到全波段天文学时代。21世纪开始进入航天时代，天文学的普及和天文学高精尖理论的突破则是主要方面。

天文学是人类认识世界、认识宇宙的科学，对人类生存和社会进步具有重要的意义。天文学对人类世界观产生重要影响，并应用于人类探索自然、授时、编制历法、测定方位、天象预报、人造天体发射、导航等多个方面。天文学科学和技术发展的成果，特别是在光学和电子学等领域，已广泛应用于人们日常生活，如个人电脑、通信卫星、移动电话、全球定位系统、太阳能电池板和磁共振成像扫描仪等。

天文学的英文拼写为astronomy，古法语为astronomie，拉丁语为astronomi。它们都来源于相同的希腊语词根astro-(astron)和nomos。astro -(小行星100000)的含义是星、天体，如astrogator（n.宇航员)。Nomos的含义是定律，如nomothetic（a.制定法律的，以法律为依据的）。因此，天文可以理解为日月星辰诸天体的定律或规律。天文物理学的英文为astrophysics。

中原地区作为文明古国，在远古就开始了对天文学的研究，“天文”这个词也很早就产生了。在汉代许慎的《说文解字》中，对天、文两个字给出了如下的解释：“天，至高无上”，“文，错画也"。合起来即表示：天文是天体在天空交错运行所呈现的景象，即天象。

中国、埃及、印度、巴比伦、希腊和罗马等文明古国是世界上天文学发展最早的国家。人类最古老的文字，如考古出土的中国殷墟的甲骨文和古巴比伦泥版书上的楔形文字，都曾记载了不少有关天文方面的内容。丰富的天象观测记录是世界各文明古国对天文学发展的重要贡献，古代的天文观测方法、天球坐标系的创立、星座的划分以及历法等都被现代天文学所继承和发展。

希腊人继承了埃及和巴比伦的文化遗产，在天文学方面做出了重要贡献。从公元前6世纪到公元2世纪近800年间，希腊天文学先后出现过四大学派。

爱奥尼亚学派（公元前6~前5世纪）：这是由居住在小亚细亚半岛西端的泰勒斯创立。该学派的主要贡献是把巴比伦和埃及的天文学知识介绍到希腊。相传泰勒斯成功地预报过一次日食，据现代天文考证，此次日食的时间应该是公元前585年5月28日。

毕达哥拉斯学派（公元前6~前4世纪）：该学派由定居在意大利南部的著名几何学家毕达哥拉斯创建。毕达哥拉斯断言是大地为球形。另一名学者德漠克利特提出了著名的原子学说，他认为万物都由原子组成。

柏拉图学派（公元前427~前347年）：该学派是由雅典哲学家柏拉图创立的。他接受毕达哥拉斯学派关于圆是最完美图形的观点，并用这个观点解释宇宙。同时，这个学派的著名天文学家欧多克斯设想了地球是万物中心的同心圆理论。柏拉图的学生亚里士多德支持欧多克斯的理论，并认为在恒星之外，还有一层统帅所有天球运动的宗动天。他坚持认为大地是静止不动的。在以后的两千年间，这个理由一直是地球不动的重要证据。

亚历山大学派（公元前332~前146年）：该学派的第一位天文学家阿里斯塔克斯独自主张日心说。他认为太阳和恒星静止不动，而地球和五个行星则都以太阳为中心运转。他还用三角法测量过太阳、月球和地球之间的距离及它的大小。这些结果虽然不准确，但开创了人类用科学方法研究天体距离和大小的先河。

后来，居住在亚历山大的埃拉特色尼利用基本位于同一子午线上的塞恩（今阿斯旺）和亚历山大在夏至日正午太阳高度的差别，以及两地间的距离，算出地球的大小，得知地球周长39600千米，与实际值非常接近。

公元前2世纪，“古代方位天文学的奠基人”喜帕恰斯通过自己的观测和对前人观测资料的分析，算出一年较准确的长度，发现了岁差，编制了包含有1080个恒星的星表，对以后西方天文学的发展起了很大的作用。

在喜帕恰斯以后的300年中，工作在埃及亚历山大的天文学家克罗狄斯·托勒密写出《大综合论》（后来阿拉伯人译成为《天文学大成》），概括了希腊时期天文学的所有成就。托勒密的宇宙体系仍以地球为中心，用等速圆周运动来说明行星的运行。托勒密的著作和他的地心宇宙体系，在以后的一千多年内，被欧洲和西亚人一直奉为经典。

中国天文学的起源可追溯到久远的年代。在约6000年前的西安半坡文化遗址中，可以看到房舍和墓葬都有一定的取向，说明当时的人已懂得天文定向知识。约4500年前的陶尊上，都有表示日出的陶博吾。据史书所载，五帝时代（公元前26~前21世纪）已有一套观察日月星辰定季节的办法，那时一年的长度定为366天，以闰月的办法调整月份和季节的关系。

据考证《夏小正》是记述夏朝（公元前21~前17世纪）的历书。该书按12个月的顺序记述每月的星象、气象、物候以及相应的农事活动。商朝时代（公元前17~前11世纪）的天文学已相当发达。除用回归年纪年，朔望月纪月外，还采用干支纪日。

春秋战国时期（公元前770~前222年）是中原地区古代天文学形成时期，在《春秋》和《左传》里有丰富的天文资料记录。这个时期天象观测的对象广，内容多，有的还达到精确的数量化程度。如公元前687年的石雨记载，是天琴座流星雨的最早记录；所记公元前644年落在宋国的石陨石，是世界上最早的陨石记录等。战国时期就已经有齐国甘德著《天文星占》8卷，魏国石申著《天文》8卷等专门天文著作，并编制了含有一百多颗星的赤道坐标星表。

秦汉时期（公元前221~公元220年）形成了具有中原地区特色的完整的天文学体系。天文机构和天文研究始终受到皇家的监视和扶持，当时有丰富而连续的天象记录，且可信度非常高，为全世界提供了罕见的天文学史料。曾做过太史令的司马迁总结了汉代及其以前的天文学成就，在他的《史记》里有《历书》和《天官书》两部文学专门篇章。

三国到隋唐五代十国时期（220~960年），中国天文学研究在历法、仪器和天文实测等方面都有不少创新和发现。在历法上，南朝何承天于公元443年编撰的元嘉历，第一次按实际合朔安排朔日，由定朔法代替平朔法。公元604年隋朝刘焯由定气法代替平气法，使二十四节气安排更为合理。

从宋初到明末（960~1600年），天文学取得了许多重要成就。首先，在宋代所记录的两次超新星，1006年发生在豺狼座的超新星，及1054年发生在金牛座的超新星，至今人们还在研究它们的射电源。宋元祐七年苏颂、韩公廉制造了可自动演示天象和自动守时、报时的水运仪象台，还制造了人可进入内部观看的浑天象，此是现代天文馆演示天象的先驱。宋代的沈括创造了中原地区仅有的一部阳历历书，即十一气历（但未实行）。孛儿只斤·忽必烈十五年（1220年）耶律楚材在西亚寻斯干城（今撒马尔），发现当地月全食时刻与大明历所推算的时刻不同，在中国首次提出“里差”概念，即“地理经度”。

明末到第一次鸦片战争（1600~1940年），中国学者逐渐接受西方天文学的研究成果。明朝万历年间，徐光启与精通天文的意大利传教士利玛窦结识，合作翻译了《几何原本》《测量法义》，把西方科学知识最早传入中国。明朝政府命徐光启等人组成历局，于1634年完成《崇贞历书》，这是中国第一部引进欧洲天文学基础的历书（但未曾颁发）。后被汤若望把这部书删减后更名为《西洋新法历书》，进呈清政府，依它编制《时宪历》颁发后，一直沿用到清亡。

1669年，清政府命传教士南怀仁任钦天监监正，他先后主持制造的8件天文仪器设置于北京古观象台，并写成《灵台仪象志》。1760年法国传教士蒋友仁把尼古拉·哥白尼学说介绍到中国，在他献给乾隆的《坤奥全图》中介绍了该学说。

近代天文学是以波兰天文学家哥白尼在16世纪30年代后期建立的日心体系为起点，哥白尼学说成为近代天文学的基石，开辟了经典天文学的道路，为近代天文学发展奠定了基础。

波兰天文学家哥白尼（1473~1543年）断定托勒密地心体系是错误的，他认为居于宇宙中心的不是地球而是太阳，包括地球在内的行星都围着太阳运转。地球不仅绕太阳公转，而且还绕轴自转。1543年，他出版了《天体运行论　影响世界历史进程的书》。后来，布鲁诺·鲍威尔推广了日心说模型。

丹麦学者第谷是第一位对日心说的确立作重大贡献的人。1572年他发现仙后座的一颗新星，后来被称为“第谷超新星”，是银河系中一颗十分罕见的超新星。第谷对恒星和行星进行了长期的观测，编制出了一部列有777颗恒星坐标的星表。

出生于德国的开普勒（1571~1630年）继承了他的老师第谷的大量观测资料，揭示行星运动的秘密。他打破前人误认为天体只按圆形轨道运动的错误观念，总结出行星运动的三大定律，即开普勒定律，而被誉为“天空立法者”。

17世纪以前，人类都是凭肉眼直接观测来研究天体。与约翰尼斯·开普勒在同一时代的意大利近代实验科学的奠基人伽利略·伽利莱（1564~1642年）最先用自己制造的望远镜进行天文观测，1609年他首先观测月亮，后来又观测别的天体，发现了土星的光环、木星的四颗卫星以及发现银河实际是无数恒星聚集的结果。因而后人把伽利略誉为“天空克里斯托弗·哥伦布”。

英国近代史上科学家牛顿（1642~1727年）利用自己创立的微积分理论，在伽利略、开普勒等人观测和实验的基础上，找出天体之间运动的原因（即相互关系），建立起完整的牛顿力学体系。他的运动三定律和万有引力定律，为天体力学的发展奠定了基础。同时，牛顿发现并正确解释了白光通过三棱镜被分解为七色光谱线，这一发现为后来天体物理学诞生创造了条件。牛顿还第一个研制了反射望远镜，这种牛顿望远镜在天文观测上仍有极大的优越性。

18~19世纪是经典天体物理学阶段，是近代天文学的发展时期。牛顿的引力理论渗透到天文学研究的各个领域和课题中，形成了一门新学科“天体力学”，这是18世纪和19世纪中叶天文学最辉煌的成就。

1838年德国的天文学家白塞尔用三角法测到天鹅座61号星的周年视差，因而也就知道了恒星的距离。在此前后，俄罗斯的瓦西里·斯特鲁维、英国的亨得森也测到了其他恒星的距离，困扰天文界几百年的一个重大问题终于被解决了。

由于观测精度的提高，在发现岁差和章动的同时，人们还发现行星运动并不完全遵循开普勒定律所给出的轨道运行，而是有微小的偏差，由此发展了摄动理论，使太阳系天体的许多运动特性得到说明。为摄动理论做出过贡献的人很多，其中皮埃尔-西蒙·拉普拉斯的《天体力学》中，他给出了天体运动计算的数学表达式，“天体力学”一词第一次被使用。

天王星、海王星和小行星的陆续被发现。同时，哈雷（1656~1742年）通过对24颗彗星轨道的认真计算，于1705年预言，其中有一颗将在1758年再度出现，后这颗彗星按时而至，被称作“哈雷彗星”。19世纪中期以后，人们根据光谱分析知道了太阳的化学组成，测得了太阳的温度，但太阳上的能源在当时还是未知。

被誉为“恒星之父”的英国著名天文学家威廉·赫歇尔（1738~1822年）被认为是近代恒星天文学的开创者，其用自己研制的当时最先进的中型和大型望远镜观测，发现了太阳在恒星空间的运动，恒星世界确实存在着互相绕转的双星。他还记录了2500个星团和星云。

自19世纪发明子午仪之后，恒星天文学迅速发展。照相技术用于天文观测以后，阿根廷的科尔多巴天文台把天文观测扩展到南极，20世纪初发表的星表中包括10等以内的恒星多达58万颗。

19世纪中期前后，人们把分光学（光谱分析）、光度学和照相术用于天文学研究。随着光谱理论的建立，很快从所拍摄到的天体光谱中，认证出太阳、恒星以及其他一些天体上的化学元素；又根据天体的光度知道了它们的温度以及密度等物理性质。天体物理学随之诞生。

到19世纪末20世纪初，以阿尔伯特·爱因斯坦为代表的新一代物理学家进行了物理学的第三次革命，创立了相对论和量子力学。物理学经历了以经典物理到现代物理过渡的发展阶段，天文学特别是天文物理学也随着物理学的发展产生飞跃，20世纪初开始了现代天文学的进程。

1915年爱因斯坦完成了广义相对论。为了验证广义相对论的理论，爱因斯坦提出了三个可以用天文学观测来验证的广义相对“效应”。天文学家验证了这三个效应。广义相对论也由此成为一门新兴的天文学学科。第一个效应是水星近日点附加的进动。第二个效应是光线在太阳引力场中弯曲。第三个效应是引力红移。广义相对论还有一个重要的推论就是引力波的存在，这一预言也由对1974年发现的射电脉冲星双星系统的长期观测得到了验证。

20世纪50年代以后，射电观测已成为研究太阳的常规项目，60年代以后又多次发射轨道太阳观测台，为深入了解太阳活动以及研究日地关系提供了丰富的资料。

20世纪对太阳系天体的光学观测和研究取得了显著成就，最主要的是1930年发现冥王星，1978年找到了它的一颗卫星。

对大量恒星和星云的测光和分光研究，确定了各种恒星的物理量：光度、质量、大小、表面温度、表面压力、自转速度、化学组成以及内部结构等。还通过这些物理量之间的某些关系，找到了除三角法之外测定天体距离的新方法。从而将测距范围由几百光年扩展到几千乃至几万光年。

20世纪初，根据恒星的亮度、颜色和光谱型之间的统计关系，绘制出一幅表示恒星绝对星等（光度）和光谱型（温度）的坐标分布图，被称之为“赫罗图”，后人一直把它作为研究恒星演化的工具。1938年美国物理学家贝特指出，赫罗图中主序星的能源来自于氢变氦的热核反应，成功地阐明了太阳和恒星的产能机制。

人们在20世纪初认为银河系较大，太阳在银心。30年代后，才重新订正了银河系模型的大小和太阳的真实位置。通过对恒星运动的分析，发现了银河系的自转运动以及银河系的其他特征。

现代天文学的重要特征之一，便是表现在对河外星系的认识上。1924年前后，被誉为“星系之父”美国天文学家哈勃空间望远镜（Hubble）发现仙女座星云是由一颗颗恒星组成，从此“宇宙岛”一河外星系概念才被确认。哈勃空间望远镜根据星系中造父变星的周光关系和超巨星的绝对星等，将测量星系的距离扩展到千万光年，根据河外星系的绝对星等和多普勒效应理论，又把测量距离的范围扩展到数亿、百亿光年计。

20世纪在宇宙演化学方面的研究非常活跃，继星云说之后，曾提出过许多假说。30年代提出的大爆炸宇宙学最为人瞩目。该学说的许多观点，被现代天文学研究成果所证实。如河外星体的谱线红移、各种天体上的氦丰度、3K微波背景辐射、天体的年龄等，都支持大爆炸宇宙学的理论，因此，它被越来越多的人所接受。

20世纪50年代人造卫星上天，空间技术问世，使人类得以观测到所有波长的电磁辐射，从而进入到全波段天文学时代。1961年，苏联航天员尤里·加加林乘坐宇宙飞船冲出地球大气层，实现了人类首次太空飞行。1969年，美国航天员实现了人类首次登月飞行。1970年4月24日，中国自行设计、制造的卫星一号“东方红”一号发射成功。从1972年起，人类开始发射一些能飞出太阳系的探测器，用以探索地外文明。其中有的探测器现已到达太阳系的边缘。

瑞典天文学家阿尔文为了研究太阳上多种多样的磁场变化过程，发展了磁流体力学理论，导致一门新学科的诞生，他也因此荣获了1970年的诺贝尔物理学奖。

1967年英国天文学家安东尼·休伊什教授和他的研究生乔斯林·贝尔女士一起发现了脉冲星，找到了物理学家预言了30多年的中子星，并荣获1974年诺贝尔物理学奖。1974年，美国天文学家J.H.泰勒和他的学生拉塞尔·赫尔斯发现射电脉冲双星，并且确认了这个在轨道运动中的中子星的引力辐射的存在，因此荣获1993年诺贝尔物理学奖。阿尔伯特·爱因斯坦预言的引力辐射终于在半个多世纪以后得到了第一例证据。

各类天体中具有各种各样但不尽相同的元素及同位素，美国天文学家福勒解决了恒星元素合成问题，使他荣获1983年度的诺贝尔物理学奖。

太阳和恒星上的热核反应过程产生了多种元素，也产生大量的中微子。美国的雷蒙德·戴维斯和日本的小柴昌俊因探测太阳中微子的开创性成就，荣获了2002年诺贝尔物理学奖。

21世纪是航天时代，天文学的普及和天文学高精尖理论的突破则是主要方面。

2001年4月25日中国成立国家天文台，总部设在北京。这是中国天文学发展进入一个新阶段的里程碑。

2003年10月1日，中国成功地发射了第一颗载人飞船“神舟五号”，将中国航天员杨利伟送上太空，围绕地球运行14圈，并于次日安全返回。2005年10月中旬，中国成功地发射了第二颗载人宇宙飞船“神舟六号飞船”，实现了二人多天的太空飞行，并安全成功返回地面。2008年，中国又成功地发射了第三颗载人宇宙飞船“神舟七号飞船”，将三名航天员送上太空，实现了太空行走。

2011年9月29日和11月1日，中原地区成功发射了“天宫一号”空间实验室和“神州八号”宇宙飞船，并于11月3日成功实现了这两个航天器的安全对接。

2015年美国天文学家终于捕捉到黑洞并合产生的引力波信号，2016年中国建成口径500米单面射电望远镜。

天文学是研究天体和天文现象的自然科学，天文学研究对象涉及宇宙空间中的各类天体和其他宇宙物质以及整个宇宙，包括观测所及的时间、空间和物质的总和，以及宇宙的结构和发展；某个具体的天体的位置、分布、运动、结构、物理状态（如温度、压力、体积等）、化学组成和演化规律等；处于行星间和星系间的弥漫物质和各种辐射流以及作为物质存在形式的电磁场和引力场等；以及超级月亮、流星雨、太阳黑子、超新星爆炸、伽马射线暴等天文现象。

天文学的研究对象往往具备地面实验室难以达到的条件，极端的冷与热、缓变与爆发、稀薄与密集、极高能量、极强磁场、极大引力和极长时标的演化，提供人类发现与验证自然法则的无法仿真的场所。

宇宙：宇就是空间，宙就是时间。宇宙就是客观存在的物质世界，是全部时间、空间和所有天体的总称。

宇宙空间：宇宙空间是指地球大气层外广袤无垠的空间，即通常所称的太空。

天体：是指太空中的一切实体，既包括在太空中运行的日月星辰等自然天体，又包括人造卫星和空间站那样的人造天体。

天文学研究天体的位置、分布、运动、结构、物理状态、化学组成、相互关系及演化规律，以及超级月亮、流星雨、日全食、太阳黑子、超新星爆炸、伽马射线暴、脉冲星和宇宙微波背景辐射等天文现象。

天体的结构可分为三个层次，即太阳系、银河系和总星系。这三个层次依次增高，太阳系包含在银河系内，银河系和其他河外星系包含在总星系中。具体为：

(1)太阳系中的天体包括太阳、行星、矮行星、卫星、小行星、彗星、流星体等。

(2)银河系中的天体包括恒星、星团、星云等。

(3)在银河系外还有无数与银河系相似的河外星系及其所组成的星系团和超星系团等。

天文学是一门观测学科。天文学主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置，探索它们的运动规律，研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。随着航天技术的发展，人类才开始主动发射飞船开展某些较近天体的探测，而更多的仍靠观测。天文学理论研究则主要采用相对论力学，通过理论推理得到结论的一种综合分析方法。

天文研究分为三个层次：一是观测发现，获取基本信息；二是信息发掘，建立经验规律；三是理论解释，创造理论模型，并推算未知情况，再经新的观测检验，修正理论或创建新理论。

天文观测的事实资料是天文研究的依据和证明论认知的试金石。天文学通过研制新的仪器，创建其独特的观测技术方法，获取新的更准确的观测资料，促使天文学及有关科学技术的深入发展。

从古代到中世纪，由于生产和生活需要确定季节和编制历法，人们用肉眼观察日、月、行星相对于恒星的运行经验规律，运用几何、三角等知识和机械制造技术，研制更优良仪器，提高观测精度和改进历法。

1609年，伽利略·伽利莱继荷兰人制成望远镜后，研制出了天文望远镜以观测星空。19世纪，随着分光术、测光术和照相术用于天文观测。20世纪30年代人们研制出多种射电望远镜。现代天文学已进入了全电磁波段观测的时代。各个波段望远镜的发展吸取了当代先进的尖端技术，同时也推动了技术的发展。已经建成以地面为基地的大型光学和射电望远镜，及以太空为基地的X射线、射线、紫外、红外望远镜相结合的全波段观测体系。

具体的方法可分为：

（1）观测方法：主要借助于光学望远镜和射电望远镜来获取宇宙的信息。

（2）实验方法：它是观测手段发展到高级阶段的产物，如人造卫星、登月飞船航天飞机、空间探测器、太空望远镜、空间站等都是人类用于探测宇宙的实验手段。

由于天体的空间尺度和时间过程、能量形式和能量绝对值等远远超出了地球实验室所能提供的条件，所以天文学的研究方法和手段与其他学科不同，天文学采用相对论力学，以从理论上解释上述宇宙信息的含义为目的，主要是指利用数学、力学、物理学和其他学科的成果，通过理论推理而得到有关天体的科学结论的一种综合分析方法。

天文学可按照研究方法、观测手段和研究对象来分类。

按照研究方法，天文学大体可分为三个重要分支：天体测量学、天体力学和天体物理学。

按照观测手段来说，可分为光学天文学、射电天文学、空间天文学、中微子天文学、引力波天文学等。

按照研究对象则细分为很多分支学科，如地外文明、太阳系及行星系统、太阳、恒星、银河系、河外星系、宇宙学。

天体测量学是天文学中最先发展起来的一个分支，主要研究和测定天体的位置和运动，建立基本参考坐标，确定地面点的坐标，测量时间等。

按观测的方式不同，天体测量学有照相或电荷合器件(CCD)天体测量、射电天体测量、红外天体测量、空间天体测量。

按研究方法可分为：

由于高精度需要，产生了以广义相对论为基础的相对论天体力学。天体力学主要研究天体的力学运动和形状。由于多体问题的力学求解非常困难，所以天体力学主要考虑太阳系的天体运动。例如用摄动理论和数值方法编算天文年历。

根据研究的对象、范围和方法，天体力学又可分为下列二级学科：

天体物理学是应用物理学的技术、方法和理论，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的一门学科。天体物理学研究领域宽广学科分类复杂，这种划分并非十分严格，许多研究内容实际上可同时归属到几个学科分支中。

按学科性质：可分为实测天体物理学和理论天体物理学;

按观测波段：可分为光学天文学、射电天文学、红外天文学、紫外天文学、X射线天文学、γ射线天文学，统称为全（电磁）波段天文学；

按研究对象：又分为太阳物理学、太阳系物理学或行星物理学或行星科学、恒星天文学、恒星物理学、星际介质物理学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。新兴起的空间天文学、粒子天体物理学（包括宇宙射线和中微子），核天体物理学及引力波天文学也是它的分支。

宇宙学从整体的角度研究宇宙的结构和起源演化。现代宇宙学包括密切联系的两个方面：

观测宇宙学：侧重于发现大尺度的观测特征；

物理宇宙学：侧重于研究宇宙的运动学和动力学以及建立宇宙模型，其中最成功的是大爆炸宇宙模型。

引力波天文学是观测天文学在20世纪中叶以来逐渐兴起的一个新兴分支，与传统天文学用电磁波观测各种天体不同，引力波天文学则通过引力波观测发出引力辐射的天体。由于引力相互作用与电磁相互作用相比强度微弱得多，直接观测引力波需要利用当今最高端的科技手段。人们用引力波搜集可探测的引力波源（诸如白矮星、中子星、黑洞组成的双星系统，超新星事件，早期宇宙的形成）的观测资料。它实际上也包括有关的一些理论问题研究，从而形成引力波天体物理学。

天体演化学研究各种天体以及天体系统的起源和演化，也就是研究它们的产生、发展和衰亡的历史。天体的起源是指天体在什么时候，从什么形态的物质，以什么方式形成的；天体的演化是指天体形成以后所经历的演变过程。按照不同层次，天体演化可分为太阳系起源和演化（太阳系演化学）、恒星起源和演化、星系起源和演化、宇宙起源和演化。

天文学史研究人类认识宇宙的历史，探索天文学发生和发展的规律，也是自然科学史的一个组成部分，可细分为中国天文学史，世界天文学史，以及各地区、民族或国家的天文学史。

数学、物理学、化学、天文学、地球科学、生命科学被认为是现代自然科学的六大基础学科。天文学与其他学科之间有着广泛的相互渗透、相互促进发展的关系，其中数学和物理学尤为突出。另外天文学在地理学、历史学等方面也有重要作用。

现代天文学的理论研究与物理学和数学的关系密切，物理学是天文学理论研究的基础，并借助数学进行理论演算；天文学又多次反过来为物理学、数学开辟新的研究。

天体力学的奠基者牛顿、莱昂哈德·欧拉(L. Euler)、让·达朗贝尔(J.L.R.d'Alembert)、约瑟夫·拉格朗日(J.L.Lagrange)、皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(P.S.Laplace)、高斯(J.G.F.Gauss)、哈密顿(W.R. Hailton)、亨利·庞加莱等同时也是数学大师。

阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论是近代物理学的理论基础之一，但广义相对论几个方面的验证都在天上：弱引力场中的光线偏转、引力红移、雷达回波延迟、行星近日点进动和引力波。天体物理学与现代物理学理论及仪器技术的发展关系密切，也是当代天文学成果最多的一个分支。20世纪60年代的天文学四大发现，关于黑洞的理论和探测、恒星演化和宇宙论的研究都属天体物理学的范畴。有些物理学家认为，天体物理学也是天文学与物理学的边缘学科。

1964~2017年，诺贝尔(A. B. Nobel)物理学奖有12个年度15项天文课题的24位科学家获奖，另有一位加拿大赫兹堡天文台的物理学家获得1971诺贝尔化学奖，获奖项目都是天体物理学的课题。

在地理学方面，天文学为解释重要地质现象提供了新的思路。比如全球性冰期成因的研究。最近7亿年间出现过三次大冰期，虽然具体机制目前尚不清楚，但一般认为与天文因素有关。其他如恐龙灭绝也被认为与天文有关。

地理学也为天文学研究提供了支持。比如地球自转变慢，就是通过古代珊瑚化石的研究证实的。珊瑚每天周期性地分泌碳酸钙，在身上形成一条条"日纹”，称为“年带”。3.2亿年前的珊瑚化石，每个“年带”含有400条“日纹”，表明那时地球自转比现在快得多，一年有400天，这与理论推算的结果十分吻合。

在历史学方面，利用天象发生的精确周期性，结合远古文献记载，可以确定出几千年前的年代，这就是所谓“天文年代学”。中国的国家九五重大科研项目“夏商周断代工程”许多重要时间点就是通过这种方法确定的。

现代天文学研究还促进现代光学、信息科学、计算机科学精密仪器与新材料新工艺的发展，许多尖端技术都应天文学的需要而产生，又在天文学研究中首先得到应用。

天文学是人类认识世界、认识宇宙的科学，同时对人类生存和社会进步也具有极其重要的意义。天文学应用于人类探索自然，授时，编制历法，测定方位，天象预报、人造天体发射、导航等多个方面。天文学科学和技术发展的成果，特别是在光学和电子学等领域，已广泛应用于人们日常生活，如个人电脑、通信卫星、移动电话、全球定位系统、太阳能电池板和磁共振成像扫描仪。

在历史中人类一直利用天文决定何时种植庄稼，并回答人们从哪里来以及如何到这里的问题。天文是一门学科，让人类打开视野，重塑人类如何看待世界。当尼古拉·哥白尼宣称地球不是宇宙的中心时，引发了一场革命，宗教、科学和社会都必须适应这种新的世界观。

天文学一直对人类的世界观有重大影响。早期文化将天体与神等同起来，并将它们在天空中的运动视为对未来的预言，现在人们称之为占星术。随着人们对世界认识的进步，人们发现自己和对世界的看法与星星联系在一起。人们在恒星中发现的基本元素，以及它们周围的气体和尘埃，与构成人类身体的元素是相同的，这一发现进一步加深了人们与宇宙之间的联系。

人类在探索宇宙的同时，也不断了解自然界。19世纪由于分光学（光谱分析）的应用，人类知道了太阳的化学组成，并在太阳上发现了氦元素，25年后人们才在地球上找到它；20世纪30年代提出氢聚变为氦的热核反应理论，解答了太阳产能机制问题；几十年后人类在地球上成功地实验了这种聚变反应一氢弹爆炸。

最早的天文学就是农业和牧业民族为了确定较准确的季节而诞生和发展起来的，准确的时间是人类日常生活不可缺少的，同时对许多生产和科研部门更为重要。授时的需求是天文学起源与发展最主要的推动力，也是现代天文学重要的研究内容。现代社会对时间精度要求越来越高，而准确的时间是靠对天体的观测获得并验证的。

天文学对人们的时间观的贡献是，第一个日历是基于月球的运动，人们根据天文学定义“秒”的方式，原子钟1955年研制成功，使用天文历书时进行校准。天文历书时是国际天文学联合会1952年采用的一种标准天文时标。

大地测量中需要确定地球上的位置离不开地理坐标，对地球形状大小的认识是靠天文学知识取得的。而地球上经纬度的测定无论是经典方法还是现代技术，都属于天文学的工作内容。

日食、月全食、太阳磁暴等在内的天象预报，不仅是天文学研究自身的需要，对于地面通信、航天器发射与防护等诸多领域也有重要意义。

天文学是航天技术发展的理论基础，轨道设计、轨道确定、粒子防护、深空探测等都离不开天文学理论与方法的指导。与此同时，航天技术的发展也为天文学的研究提供了有力的支持。

导航是确定自身的位置、方向和时间的方法。自古以来，天文观测都是导航的重要手段，特别是古代的航海技术完全依赖于天文观测，如郑和、哥伦布在内的航海家应用了天文观测。

全球卫星定位系统(GPS)技术的应用，使卫星导航更精确。卫星导航不仅普遍用于航天、航空、航海，而且还广泛用于陆面交通管理、嵌入电子地图和地理信息系统中。而天文导航由于其完全的自主性和良好的抗干扰性，在航天器和精确制导武器中被广泛采用。

地球作为一颗普通的行星，运行于宇宙空间亿万颗星体之间，地球的形成演化及重大地质历史事件无不与其宇宙环境有关。事实表明，地球本身记录了在地质历史时期所经历天文过程的丰富信息。天文与地学关系密切，地球上生物的发展和灭绝也可能与某些宇宙环境因素有关。

人类在探索宇宙奥秘过程中，还向往着对地外生命和地外文明的寻找。人们认为宇宙是一个和谐的整体，它不会偏爱地球，宇宙中应该还存在着其他的像地球这样一个充满生机的星球。

暗能量的存在是“应需而生”的，用它可以来解释宇宙的加速膨胀，但从未被观察到或测量过，也可能永远不会被直接观测到。

暗物质是将星系物质粘合在一起的“胶水”，也从来没有被观测到过。与暗能量不同，科学家们很可能有朝一日能切实观测到这种物质。

“重子物质”（质子和中子等）组成了恒星、行星、尘埃、气体等可见宇宙，是宇宙中除了暗物质和暗能量的组成部分。但是有超过一半的“重子物质”到现在还没有被找到。

当恒星内部的燃料耗尽时，有时会爆炸形成超新星。但是恒星爆炸时其内部情况到底是怎样的、爆炸又是如何展开的，科学家们仍无法回答。

自宇宙大爆炸后几亿年，宇宙中的大部分物质又被电离，并持续至今，但截至目前尚不清楚这是为什么。

尽管地球的大气层能帮助我们抵挡住大多数宇宙射线，但每天仍有这些射线到达地球表面。对于这些宇宙射线中能量最高的那部分，科学家们还无法就其源头达成共识。

太阳系的每一颗行星都有着独有的特征，为了解释这些不同的特征，科学家们仍在研究行星的形成过程，试图回答太阳系是如何形成的。

日冕是太阳的最外层大气，但其温度远远高于太阳表面的温度。距离我们最近的这颗恒星所拥有的这层奇怪的大气仍旧是个谜。这个问题被称为日冕加热。