天文學在二十世紀的發(fā)展是空前的?，F(xiàn)代物理學和現(xiàn)代技術的發(fā)展，使天體物理學成為天文學的主流，經(jīng)典的天體力學和天體測量學也有新的發(fā)展，人們對宇宙的認識達到了空前的深度和廣度。

    十九世紀中葉誕生的天體物理學，一躍而成為天文學的主流；二十世紀四十年代后期打開了射電天窗，興起了一門利用波長從毫米到米的電磁輻射研究天體的新學科；六十年代，航天時代的到來，使天文學沖破了地球大氣的禁錮，到大氣外去探測宇宙 ；天文學開始成為全波段的宇宙科學，使我們得以考察大到150億光年空間深度的天象，并追溯早于150億年前的宇宙事件。

    二十世紀天文學進入了黃金時代，正在為闡明地球、太陽和太陽系的來龍去脈、星系的起源和星系的演化、宇宙的過去和未來、地外生命和地外文明等重大課題作出貢獻。

    在二十世紀上半葉已經(jīng)成熟的經(jīng)典分析方法仍在繼續(xù)發(fā)展。較重要的成果有布朗的月球運動理論和1919年羅斯改進的火星運動理論。除分析方法外，二十世紀初還出現(xiàn)一條新的發(fā)展途徑，這就是龐加萊提出的天體力學定性理論，其中包括變換理論、特征指數(shù)理論、周期解理論和穩(wěn)定性理論，對以后的天體力學發(fā)展有較大的影響．十九世紀紐康證實水星近日點進動問題中有超差。這個問題用經(jīng)典力學再也無法解釋。直到1915年廣義相對論問世后才得到解釋。

    二十世紀五十年代以后出現(xiàn)了兩個新的因素。一是人造衛(wèi)星和空間探測器的發(fā)射，向天體力學提出了新課題，由此并發(fā)展成一個新的學科分支——天文動力學，專門研究這些飛行器的運動問題。二是電子計算機的出現(xiàn)，使計算的速度和精度有極大的提高，從而使需要繁重計算工作的天體力學數(shù)值方法得到迅速發(fā)展。此外，六十年代建立的卡姆(KAM)理論，是對定性理論的重大發(fā)展。七十年代，三體問題的拓撲學研究 又成為一個活躍的領域。

    二十世紀以來，天體測量學有了飛躍的發(fā)展。國際時間局、國際緯度服務、國際極移服務等國際機構的工作，定出全世界統(tǒng)一的時間服務和極移服務的標準。 天文時計也由擺鐘發(fā)展為石英鐘和原子鐘。這些技術上的發(fā)展使天體測量的精度大為提高。

    隨著觀測精度的提高，人們發(fā)現(xiàn)了地球自轉的不均勻性，并由此出現(xiàn)了從世界時到歷書時，更進到原子時這樣的時間計量系統(tǒng)。同時還深入研究了地極的周年擺動、張德勒擺動和長期極移。

    一個世紀以來，隨著鏡面材料、精密機械和自動控制的進展，極大地改善和增強了天文學家的望遠能力。十九世紀末，還只有美國利克天文臺一架0.9米反射望遠鏡，到1978年，口徑2～6米的大型反射望遠鏡已有23架，另有13架正在建造。

    施密特1931年發(fā)明的折反射望遠鏡，一直是探索銀河系和河外深空的有效工具。在十九世紀末，照相底片是人眼以外唯一有效的輻射接收器。二十世紀初開始光電光度技術的實驗。第二次世界大戰(zhàn)后出現(xiàn)多種高效能的光電轉換裝置，探測到以往用同樣聚光設備不可能記錄到的微弱輻射，同時提高了觀測和處理天文底片的自動化程度。

    多色測光方法是在古老的目視光度測量的基礎上發(fā)展起來的，但現(xiàn)在有了新的天體物理含義。采取這種方法獲得關于天體的表面溫度、顏色、分光能量分布、本征光度、距離、星際紅化等情報。天體多色測光和天體分光光度測量都是以光譜理論為基礎的，是了解天體視向運動、星族屆性、物理參量和化學成分的最有效方法。

    約翰遜、摩根、斯特龍根、斯特魯維等都為實測天體物理作出創(chuàng)造性的貢獻。1910年，德國的威爾森等測定了恒星溫度，進而算出恒星的直徑。另一方面，理論天體物理研究有了新的發(fā)展。愛丁頓、米爾恩、佩恩-加波希金、昌德拉塞卡、史瓦西等人運用理論天體物理方法，卓有成效地探討了恒星大氣理論、恒星和行星的內部結構、星際物質的特性和狀態(tài)、恒星的能源和演化。目前，人們正在用這種方法去解星系世界的過程和演變之謎。

    太陽是一個典型的恒星。我們對恒星的大氣、內核和能源的知識，很多來自太陽。十九世紀最后十年，美國海耳和法國德朗達爾分別發(fā)明太陽單色光照相儀和太陽譜線速度儀，從而開始了現(xiàn)代太陽研究的新時期。

    他們通過單色光觀察太陽的光球和色球，發(fā)現(xiàn)了鈣云(譜斑)。在海耳的倡議下，卡內基研究所于二十世紀初籌建了威爾遜山天文臺，安裝了太陽塔和分光設備，廣泛地巡視太陽，發(fā)現(xiàn)了黑子的磁性和22年的磁周期。

    巴布科克父子繼承海耳的太陽研究傳統(tǒng)，于二十世紀五十年代初，研制出太陽光電磁像儀，進一步推動太陽活動規(guī)律和活動區(qū)物理的探討。1931年法國李奧制成日冕儀，使人們在不發(fā)生日食的時候也能觀察日冕，探索太陽高層大氣。1962～1975年間發(fā)射了8個環(huán)繞地球的軌道太陽觀測臺，1973年天空實驗室進入軌道，都為深入認識太陽活動和日地關系提供了空前豐富的資料。

    半個多世紀以來，對太陽系天體的地面光學觀測和研究工作取得顯著成就。1930年，湯博發(fā)現(xiàn)冥王星。在已確認的34顆行星衛(wèi)星中，有12顆是二十世紀探索到的。1978年以來又發(fā)現(xiàn)某些小行星也有衛(wèi)星。

    空間天文時代的到來，使太陽系天體的探索從觀測科學轉變?yōu)榭疾旌蛯嶒灴茖W，飛臨考察和就地實測都取得劃時代的成就。1969～1972年，12人登上了月球；1974～1975年就近觀察 了水星，揭示了水星滿布環(huán)形山的面貌；1975年以來，空間探測器多次穿越金星的濃密大氣，在下降航程中，完成多項實測；1976年，無人實驗室在火星表面兩處著陸，就地考察 ；1972～1977年發(fā)射的4架探測太陽系外圍空間的探測器，都已先后飛掠木星，發(fā)現(xiàn)了木星的幾顆新衛(wèi)星(尚待確認)和木星的光環(huán)。

    十九世紀末，哈佛大學天文臺在 皮克林和坎農的領導下，著手恒星分類。1890～1936年，陸續(xù)出版載有272150顆恒星光譜一元分類的《亨利·德雷伯星表》及其補編，為建立恒星表面溫度序列奠定了基礎。

    1905年，赫茨普龍根據(jù)光譜特征，確認恒星有巨星和矮星之分。二十世紀頭十年，他在1905～1907年和羅素在1913年分別繪制銀河星團的星等-色指數(shù)圖 ，和已知距離的恒星的絕對星等-光譜型圖，從中發(fā)現(xiàn)恒星分布的規(guī)律：絕大多數(shù)恒星處在所謂的主星序上，而巨星和白矮星則分別彌漫在主星序之上的巨星分支中和主星序的左下角。羅素還提出恒星在圖上的演化走向 ，后人把恒星的光譜光度圖稱為赫羅圖。1937年柯伊伯首先發(fā)現(xiàn)，一些銀河星團在赫羅圖上的位置差異可以用年齡不同加以解釋，這說明赫羅圖是探討恒星演化的有效工具。

    193日年貝特指出，主序星的能源是氫變氦的熱核反應，成功地闡明了恒星的產能機制，為理解太陽型恒星百億年的演化程奠定了基礎。博克等人的光學觀測，以及六十年代以來貝克林、斯特羅姆等人的紅外觀測，都表明恒星起源于星際暗云，因吸積、收縮而成原恒星(或稱星胚或星胎)。人類對恒星的形成和演化的認識和的晚期演化，等等。人類對恒星的形成和演化的認識和理解，是二十世紀天文學的一項重大成就。

    二十世紀初，卡普坦通過恒星計數(shù)和光度函數(shù)的統(tǒng)計研究，建立了以太陽系居中的、直徑長40，000光年的銀河系模型。1918年，沙普利對太陽系為銀河系中心的傳統(tǒng)觀念提出挑戰(zhàn)。他分析了當時已知的球狀星團的視分布，并根據(jù)造父變星的周光關系估算它們的距離，從而得出銀河系是直徑300,000光年、厚30,000光年的透鏡型的恒星和星云系統(tǒng)。銀河系中心在人馬座方向，太陽距銀心50,000光年。這是哥白尼日心說以來，宣布太陽系并非居宇宙中心地位的壯舉。

    半個世紀中，沙普利模型的形狀經(jīng)受了新的觀測事實的考驗，已為世人所公認。不過，由于不正確地假定星際間無吸光物質，對距離尺度估計得偏高。直到1930年，特朗普勒通過研究銀河星團而證實星際吸光的存在，才重新訂正銀河系模型的大小。今日的公認值是直徑約81,500光年、厚約3300～6600光年，太陽距銀心約32,600光年。

    1926年，林德布拉德指出，恒星運動的不對稱效應是銀河系自轉的反映。隨后，銀河系的較差自轉為奧爾特所證實，并求出太陽以每秒250公里的速度，沿圓軌道繞銀心運動，估計2.5億年公轉一周。他還估算出銀河系的質量。

    根據(jù)河外星系的啟示，人們推測銀河系也有旋渦結構。五十年代初，摩根的高光度星空間分布研究和奧爾特等人的中性氫21厘米譜線射電分析，都確切地描繪出銀河系旋渦結構和旋臂。六十年代，林家翹比較成功地用密度波理論解釋了旋渦結構及其維持機制。

    1912年，勒維特觀測小麥哲倫云的造父變星，發(fā)現(xiàn)周光關系，從而推測小麥哲倫云的距離可能十分遙遠，也許在銀河系之外。1924年底，哈勃宣布他利用造父變星的周光關系，計算出仙女星系、人馬不規(guī)則星系的距離，指出它們是銀河系以外的恒星系統(tǒng)。從那時起，誕生了星系天文學。古老的宇宙島觀念被證明是客觀現(xiàn)實；在銀河系之外“天外有天”的大宇宙概念的建立，是二十世紀天文學的又一重大成的大宇宙概念的建立，是二十世紀天文學的又一重大成就。

    1929年，哈勃發(fā)現(xiàn)河外星系的譜線紅移量和星系距離成正比關系。假若承認紅移是天體退行運動的多普勒效應，那么紅移-距離關系意味著星系普遍退行，而它們所處的空間整體在膨脹。宇宙膨脹正是相對論宇宙學所預期的結果之一。

    1956年，哈馬遜把紅移-距離的線性關系擴展到紅移0.20，即退行速度達到光速的1/5。1977年，桑德奇更延伸到0.75，即退行速度為光速之半。按此而求出的距離已超過50億光年。這就是我們生活于一個不斷運動并演化著的宇宙中的觀測依據(jù)。 七十年代以來，探索遠達百億光年以上的宇宙深空已成為現(xiàn)代天文學的主要課題。

    雖然早在三十年代初，央斯基等人就發(fā)現(xiàn)了來自地球以外的宇宙無線電波，但通過光學波段以外的天窗，用無線電方法接收并研究天體的射電波，則是四十年代后期的事。那時， 海伊、博爾頓、賴爾等人相繼探測射電天空，從而建立了射電天文學。

    地球大氣能透過某些波長的紅外輻射早已為人們所知。六十年代制成了致冷的紅外靈敏器件，紅外手段終于成為探測星空的武器。幾十年來，約翰遜、諾伊吉保爾、沃爾克等人的地面和空間觀測，表明紅外手段在探測行星、冷星、塵埃中的恒星、銀河系暗星云、類星體和其他特殊星系的本原方面有極大潛力。

    地球大氣對波長短于4000埃的輻射完全不透明。人們習慣地把4000～100埃波段叫紫外波段，其中1700～100埃波段稱遠紫外波段。早在1946年就用高空火箭取得了太陽的紫外光譜。1962年以來從軌道太陽觀測臺系列獲得大量太陽的紫外發(fā)射線光譜資料。1968年發(fā)射的軌道天文臺2號，載有一紫外接收器，記錄了5761個紫外輻射源。它們是近距熱星的冕、有激烈活動的亞矮星、熱亞矮星、白矮星、行星狀星云、耀星、矮新星和脈沖星。