天文学的研究范畴和天文的概念从古至今不断发展。在古代，人们只能用肉眼观测天体。2世纪时，古希腊天文学家托勒密提出的地心说统治了西方对宇宙的认识长达一千多年。直到16世纪，波兰天文学家哥白尼才提出了新的宇宙体系的理论一日心说。到了1610年，意大利天文学家伽利略独立制造折射望远镜，首次以望远镜看到了太阳黑子、月球和一些行星的表面及盈亏。在同时代，牛顿创立牛顿力学使天文学出现了一个新的分支学科一天体力学。天体力学诞生使天文学从单纯描述天体的几何关系和运动状况进人到研究天体之间的相互作用和造成天体运动的原因的新阶段，在天文学的发展历史上，是一次巨大的飞跃。
19世纪中叶天体摄影和分光技术的发明，使天文学家可以进一步深人地研究天体的物理性质、化学组成、运动状态和演化规律，从而更加深人到问题本质，从而也产生了一门新的分支学科一天体物理学。这是天文学的又一次重大飞跃。
20世纪50年代，射电望远镜开始应用。到了20世纪60年代，取得了称为“天文学四大发现”的成就：微波背景辐射、脉冲星、类星体和星际有机分子。而与此同时，人类也突破了地球的束缚，可到天空中观测天体。除可见光外，天体的紫外线、红外线、无线电波、X线、伽马射线等都能观测到。这些使得空间天文学得到巨大发展，也对现代天文学成就产生很大影响。随着人类社会的发展，天文学的研究对象从太阳系发展到整个宇宙。
现在天文学按照研究方法的不同，已经形成了天体测量学、天体力学和天体物理学三大分支学科。
按观测手段分类已形成光学天文学、射电天文学和空间天文学几个分支学科。
研究对象和领域
天文学的研究对象是各种天体。
的地球也是天文学的研究对象之一。
中的星星来确定时间、方向和历法，地球也是一个天体，因此作为一个整体最初，古人通过观察太阳、月球和天空并记录天象。随着天文学的发展，人类的探测范围到达了距地球约100亿光年的距离，根据尺度和规模，天文学的研究对象可以分为以下内容。
行星层次：包括行星系中的行星、围绕行星旋转的卫星和大量的小天体，如小行星、彗星、流星体以及行星际物质等。太阳系是目前能够直接观测的唯一的行星系。但是宇宙中存在着无数像太阳系这样的行星系统。
恒星层次：现在人们已经观测到了亿万个恒星，太阳只是无数恒星中很普通的一颗。
星系层次：人类所处的太阳系只是处于由无数恒星组成的银河系中的一隅。而银河系也只是一个普通的星系，除了银河系以外，还存在着许多的河外星系。星系又进一步组成了更大的天体系统，星系群、星系团和超星系团。
整个宇宙：一些天文学家提出了比超星系团还高一级的总星系。按照现在的理解，总星系就是目前人类所能观测到的宇宙的范围，半径超过了100亿光年。
在天文学研究中最热门、也是最难令人信服的课题之一就是关于宇宙起源与未来的研究。对于宇宙起源问题的理论层出不穷，其中最具代表性，影响最大，也是最多人支持的就是1948年美国科学家伽莫夫等人提出的大爆炸理论。根据现在不断完善的这个理论，宇宙是在约137亿年前的一次猛烈的爆炸中诞生的。然后宇宙不断地膨胀，温度不断地降低，产生各种基本粒子。随着宇宙温度进一步下降，物质由于引力作用开始塌缩，逐级成团。在宇宙年龄约10年时星系开始形成，并逐渐演化为今天的样子。
天文学的研究方法与手段
天文学研究的对象有极大的尺度，极长的时间，极端的物理特性，因而地面试验室很难模拟。因此天文学的研究方法主要依靠观测。由于地球大气对紫外线辐射、X射线和伽马射线不透明，因此许多太空探测方法和手段相继出现，如气球、火箭、人造卫星和航天器等。天文学的理论常常由于观测信息的不足，天文学家经常会提出许多假说来解释一些天文现象。然后再根据新的观测结果，对原来的理论进行修改或者用新的理论来代替。这也是天文学不同于其他许多自然科学的地方。天文学的主要研究方法是观测，不断地创造和改良观测手段，也就成了天文学家们不懈努力的一个课题。
多年来，天文观测手段巳从传统的光学观测扩展到了从射电、红外、紫外到X射线和酌射线的全部电磁波段。这导致一大批新天体和新天象的发现，例如，类星体、活动星系、脉冲星、微波背景辐射、星际分子、X射线双星、酌射线源等，使得天文研究空前繁荣和活跃。口径2米级的空间望远镜巳经进人轨道开始工作。西班牙巳经有了口径10.4米的加那利大型望远镜，凯克天文台于2013年3月18日正式迎来了20岁的生日，拥有两座世界上口径第二大的光学/近红外线望远镜，口径10米。射电方面的甚长基线干涉阵和空间甚长基线干涉仪，红外方面的空间外望远镜设施，X射线方面的高级X射线天文设施等不久都将问世。酌射线天文台巳经投人工作。这些仪器的威力巨大，远远超过现有的天文设备。可以预料，这些天文仪器的投人使用必将为天文学注人新的生命力，使人们对宇宙的认识提高到一个新的水平，天文学正处在大飞跃的前夜。遵循着观测一理论一观测的发展途径，天文学将不断把人的视野伸展到宇宙的新的深处。
相关人物传记
分析的化身——欧拉
莱昂哈德·欧拉（1707—1783），1707年出生在瑞士的巴塞尔城，18世纪最优秀的数学家。也是历史上最伟大的数学家之一，被称为“分析的化身”。莱昂哈德·欧拉小时候就特别喜欢数学，不满10岁就开始自学《代数学》。这本书连他的几位老师都没读过，可小欧拉却读得津津有味，遇到不懂的地方，就用笔作个记号，事后再向别人请教。13岁就进人巴塞尔大学读书，这在当时是个奇迹，曾轰动了数学界。小欧拉是这所大学，也是整个瑞士大学校园里年龄最小的学生。他在大学里得到当时最有名的数学家微积分权威约翰·伯努利（JohannBernoulli，1667—1748）的精心指导，并逐渐与其建立了深厚的友谊。约翰·伯努利后来曾这样称赞这个青出于蓝而胜于蓝的学生：“我介绍高等分析时，它还是个孩子，而你将它带大成人。”两年后的夏天，欧拉获得巴塞尔大学的学士学位，次年，欧拉又获得巴塞尔大学的哲学硕士学位。1725年，欧拉开始了他的数学生涯。
1725年约翰·伯努利的儿子丹尼尔·伯努利赴俄国，并向沙皇喀德林一世推荐了欧拉，这样，在1727年5月17日欧拉来到了彼得堡。1733年，年仅26岁的欧拉担任了彼得堡科学院数学教授。1735年，欧拉解决了一个天文学的难题（计算彗星轨道），这个问题经几个著名数学家数个月的努力才得到解决，而欧拉却用自己发明的方法，三天便完成了。过度的工作使他得了眼病，并且不幸右眼失明了，这时他才28岁。1741年欧拉应普鲁士彼德烈大帝的邀请，到柏林担任科学院物理数学所所长，直到1766年。后来在沙皇喀德林二世的诚恳敦聘下重回彼得堡，不料没有多久，左眼视力衰退，最后完全失明。不幸的事情接踵而来，1771年彼得堡的大火灾殃及欧拉住宅，带病而失明的64岁的欧拉被围困在大火中，虽然他被别人从火海中救了出来，但他的书房和大量研究成果全部化为灰烬了。
沉重的打击，仍然没有使欧拉倒下，他发誓要把损失夺回来。欧拉完全失明以后，虽然生活在黑暗中，但仍然以惊人的毅力与黑暗搏斗，凭着记忆和心算进行研究，直到逝世，竟达17年之久。
欧拉的记忆力和心算能力是罕见的，他能够复述年青时代笔记的内容；心算并不限于简单的运算，高等数学里的计算一样可以用心算去完成。有一个例子足以证明他的本领，欧拉的两个学生把一个复杂的收敛级数的17项加起来，算到第50位数字，两人相差一个单位，欧拉为了确定究竟谁对，用心算进行全部运算，最后把错误找了出来。欧拉在失明的17年中还解决了使牛顿头痛的月离问题和很多复杂的分析问题。
欧拉的风格是很高的，拉格朗日是稍后于欧拉的大数学家，从19岁起和欧拉通信，讨论等周问题的一般解法，这引起变分法的诞生。等周问题是欧拉多年来苦心考虑的问题，拉格朗日的解法，博得欧拉的热烈赞扬。1759年10月2日欧拉在回信中盛赞拉格朗日的成就，并谦虚地压下自己在这方面较不成熟的作品暂不发表，使年轻的拉格朗日的作品得以发表和流传，并赢得巨大的声誉。他晚年的时候，欧洲所有的数学家都把他当做老师，著名数学家拉普拉斯（Laplace）曾说过：“读读欧拉、读读欧拉，它是我们大家的老师!”1783年9月18日的下午，欧拉为了庆祝他计算气球上升定律的成功，请朋友们吃饭，那时天王星刚发现不久，欧拉写出了计算天王星轨道的要领，还和他的孙子逗笑，喝完茶后，突然疾病发作，烟斗从手中落下，口里喃喃地说：“我要死了。”欧拉终于“停止了生命和计算”。
在兴奋中突然停止了呼吸的欧拉，享年76岁。欧拉生活、工作过的三个国家：瑞士、俄国、德国，都把欧拉作为自己的数学家，为有他而感到骄傲。
无机化学史的巨匠——门捷列夫
季米特里·门捷列夫（1834—1907），生在西伯利亚。他从小热爱劳动，喜爱大自然，学习勤奋。门捷列夫生于有17个子女的中学校长家庭，他排行14。出生刚数月，父亲双目突然失明，接着又丢掉了校长的职务。微薄的退休金难以维持生计，全家搬进附近一个村子里，因为舅舅在那里经营一个小型玻璃厂。工人们熔炼和加工玻璃的场景，对他以后从事与烧杯、烧瓶打交道的化学研究产生很大影响。1841年秋，不满七周岁的门捷列夫和十几岁的哥哥一起考进市中学，在当地轰动一时。不幸总爱跟随贫苦人家。门捷列夫13岁时父亲去世，14岁时工厂遭火灾化为灰烬，母亲只好再次搬家，将成年的女儿们嫁出去，让两个儿子参加工作。1849年春，门捷列夫中学毕业，母亲变卖家产，一心想让小儿子上大学。在父亲的一位朋友的帮助下，门捷列夫进人彼得堡师范学院物理系。只过了一年，就成为优等生。紧张学习之余，还撰写科学简评得到少量稿费。这时他已经失去任何经济支持：舅舅和母亲相继去世。1854年，他大学毕业并荣获学院的金质奖章，23岁成为副教授，31岁成为教授。
1860年门捷列夫在为著作《化学原理》一书考虑写作计划时，深为无机化学的缺乏系统性所困扰。于是，他开始搜集每一个已知元素的性质资料和有关数据，把前人在实践中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人类关于元素问题的长期实践和认识活动，为他提供了丰富的材料。他在研究前人所得成果的基础上，发现一些元素除有特性之外还有共性。例如，已知卤素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似的性质；碱金属元素锂、钠、钾暴露在空气中时，都很快就被氧化，因此都是只能以化合物形式存在于自然界中；有的金属如铜、银、金都能长久保持在空气中而不被腐蚀，正因为如此它们被称为贵金属。
于是，门捷列夫开始试着排列这些元素。他把每个元素都建立了一张长方形纸板卡片。在每一块长方形纸板上写上了元素符号、原子量、元素性质及其化合物。
然后把它们钉在实验室的墙上排了又排。经过了一系列的排队以后，他发现了元素化学性质的规律性。
因此，当有人将门捷列夫对元素周期律的发现看得很简单，轻松地说他是用玩扑克牌的方法得到这一伟大发现的，门捷列夫却认真地回答说，从他立志从事这项探索工作起，一直花了大约20年的工夫，才终于在1869年发表了元素周期律。他把化学元素从杂乱无章的迷宫中分门别类地理出了一个头绪。此外，因为他具有很大的勇气和信心，不怕名家指责，不怕嘲讽，勇于实践，敢于宣传自己的观点，终于得到了广泛的承认。
1907年1月27日，俄国首都彼得堡寒风凛冽，太阳黯淡无光，寒暑表上的水银柱降到—20益多，街上到处点着蒙有黑纱的灯笼，显出一派悲哀的气氛。几万人的送葬队伍在街上缓缓移动着，在队伍最前头，既不是花圈，也不是遗像，而是由十几个青年学生扛着的一块大木牌，上面画着好多方格，方格里写着“C”“O”“Fe”“Zn”等元素符号。原来，死者是著名的俄国化学家门捷列夫，木牌上画着好多方格的表是化学元素周期表一一门捷列夫对化学的主要贡献。他的名著伴随着元素周期律而诞生的《化学原理》，在世纪后期和20世纪初，被国际化学界公认为标准著作，前后共出了八版，影响了一代又一代的化学家。
电子世界的掌门人——洛伦兹
洛伦兹（1853—1928），荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆，并在该地上小学和中学，成绩优异，少年时就对物理学感兴趣，同时还广泛地阅读历史和小说，并且熟练地掌握多门外语。他虽然生长在基督教的环境里，但却是一个自由思想家。
1870年洛伦兹考人莱顿大学，学习数学、物理和天文。1875年获博士学位。1877年，莱顿大学聘请他为理论物理学教授，这个职位最早是为J.D.范瓦耳斯设的，其学术地位很高，而这时洛伦兹年仅23岁。在莱顿大学任教35年，他对物理学的贡献都是在这期间做出的。1911—1927年担任索尔维物理学会议的固定主席。在国际物理学界的各种集会上，他经常是一位很受欢迎的主持人。1923年成为国际科学协作联盟委员会主席。他还是世界上许多科学院的外国院士和科学学会的外国会员。
洛伦兹还是一位教育家，他在莱顿大学从事普通物理和理论物理教学多年，写过微积分和普通物理等教科书。在哈勒姆他曾致力于通俗物理讲演。他一生中花了很大一部分时间和精力审查别人的理论并给予帮助。他为人热诚、谦虚，受到爱因斯坦、薛定谔和其他青年一代理论物理学家们的尊敬，他们多次到莱顿大学向他请教，爱因斯坦曾说过，他一生中受洛伦兹的影响最大。洛伦兹于1928年2月4日在荷兰的哈勃姆去世，终年75岁。为了悼念这位荷兰近代文化的巨人，举行葬礼的那天，荷兰全国的电信、电话中止三分钟。世界各地科学界的著名人物参加了葬礼。爱因斯坦在洛伦兹墓前致词说：洛伦兹的成就“对我产生了最伟大的影响”，他是“我们时代最伟大、最高尚的人”。