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천문학
다른 말로 천체학이라고 불리는 천문학은 혜성, 행성, 별, 은하와 같은 천제와, 지구 대기에서 발생하는 현상을 연구하는 학문이다. 역사적으로는 천문학은 점성술, 역법, 천문항법 등등 수많은 부분을 포함한다. 현대에 들어와서야 천문학은 이론과 관측 분야로 나뉘었고, 이론의 경우 천문학적 현상들과 천제를 컴퓨터로 설명하는 모형을 세운다. 관측 분야에서는 천체에 대한 자료들을 얻어서 물리적으로 많은 이론을 만들고 분석하는 데 중점을 둔다. 그리고 우주가 팽창하고 커지는 동안에는 우주는 여러 단계를 거친다. 아주 초기에 급팽창하는데 이 때문에 현재 우주는 등방적, 균질하게 되었다고 생각이 된다. 급팽창하고 나서는 헬륨이나 중소의 원소들이 만들어졌는데. 이는 우주에 이루어진 대부분의 물질이 만들어진 과정이다. 우주는 아주 작은 밀도요동으로부터 시작되어 처음으로 천제들이 생겨나기 시작했고, 처음에는 밀도가 높은 부분에서 서로 뭉치면서, 거대한 가스 덩어리가 생기고 여기서 최초로 별들이 생겨나기 시작했다. 그리고 우리은하 중심부에는 팽대부가 있다. 이 팽대부는 막대 모양을 하고 있으며, 그 중심에는 아주 큰 거대한 블랙홀이 있는 것으로 생각이 된다. 그렇게 그 중심에서 바깥쪽으로 소용돌이처럼 점점 퍼져나가는 모양을 하고 있으며 그 퍼져나가는 나선팔에는 많은 금속 함량이 존재하고 별들이 탄생하는 곳이다. 그 별들 사이는 먼지와 가스등으로 이루어져 있고 그것은 아주 희박한 성간물질이 있다. 그리고 그중에서 질량이 큰 별들은 아주 강한 항성풍을 내뽑고 초신성의 폭파로 그 별들의 여정을 끝낸다.
천문학의 관측천문학
관측천문학의 경우 파장대별로 나뉠 수 있다. 우리가 지구 외부 우주를 관측하고 이해하는데 도움을 주는 학문 분야이며 이 분야는 레이더, 전파, 망원경 등 다양한 장비와 기술을 이용해서 천체의 운동, 구조, 위치, 별의 성질 등을 연구를 한다. 우주는 끝이 없이 넓고 복잡한 공간으로, 관측 천문학은 우주의 신비로운 특성을 탐구하고 이해하는데 도움을 준다. 이런 관측천문학의 경우 지구의 빛오염이나 지구의 대기 상태에 영향을 받을 수 있으므로, 관측이 신뢰가 있고 정확하기 위해서는 기술과 장비의 발전이 지금 보다 더 되어야 한다.그리고 관측천문학의 경우는 우주의 기원이나 구조 그리고 진화에 관한 중요한 정보들을 제공한다. 천문학자들은 우리 은하의 형성과 진화, 다른 은하들과의 상호작용이라던지 별들이 죽고 탄생하는 것들을 연구를 한다 이를 통해서 우주의 정보를 얻고 그러므로 우리 지구에 대해서도 이해를 할 수 있다. 관측천문학에는 전파관측, 레이더 관측, 위성관측, 광학관측이 있는데 광학관측이 가장 많이 일반적으로 사용되는 관측 방법이다. 이를 통해서 은하, 행성, 별 등의 빛을 관측한다. 이러한 망원경은 다양한 크기와 형태로 존재하고 있으며, 빛을 수집하고 확대하여 관측을 한다. 이러한 망원경은 지표면 위나 고도가 높은 위치에 설치된다. 전파관측은 전파를 수집하는 천체의 특성을 연구한다. 이 방법은 먼 천체의 관측이 가능하고, 가시광선을 차단하는 대기의 영향을 받지 않는다. 그리고 전파를 관측하기 위해서 특수한 안테나와 수신기를 사용한다. 위성관측의 경우는 위성을 이용하는 방벙인데 우주망원경은 지구의 대기층을 통과하지 않고 우주 공간에서 천체를 관측할 수 있다 이는 가시광선 이외에 파장 범위에서도 관측이 가능하다.
적외선 천문학
적외선을 통한 관측의 경우 높은 고도에 위치한 우주나 천문대에서 볼 수 있다. 파장이 긴 적외선의 경우 가시광선을 가볍게 막는 성간먼지를 관통할 수 있으므로 깊은 곳에 숨어있는 젊은 별들을 연구하는 데 사용이 된다. 가끔 어떠한 분자들은 적외선에서 아주 강하게 방출선을 내뿜는데, 이것을 이용하면 성간물질의 화학 또한 알아낼 수 있다. 그리고 적외선을 이용하여 가시광선을 가지지 않은 천체들을 관찰할 수 있다.
자외선 천문학의 경우 지구대기층이 얇은 우주나 높은 고도에 만들어져야 한다. 보통은 방출선이나 열복사와 같은 것을 연구하는데 가장 맞는 분야였다. 그러나 성간먼지에 의해 쉽게 빨아서 거두어들이기에 소광을 정확하게 맞추어야 한다. 특성학과 천체역학은 자연과학에서 가장 오래된 분야이며. 천체의 위치를 알 수 있는 학문이다. 아주 오래전부터 이러한 행성, 별, 달 위치를 정확하게 알아야 달력을 만들 수 있기에 이를 아주 중요시했다. 최근에는 근지구 천제를 알아내면서 소행성들이 충돌하거나 혜성이 충돌하는 경우를 피해 갈 수 있었다. 그러기에 아주 중요한 학문이다. 또한 우리와 가까이 있는 별까지의 거리는 알아야 별의 절대 광도 같은 물리량을 알 수 있기에 매우 중요시해지고 있다. 이론천문학 역시 천문형상을 이해하고 알기 위해서 해석적인 모형 또는 컴퓨터를 이용한다. 이론 천문학을 연구하는 학자들은 모형을 만들고, 그 모형을 통해서 이것이 맞는다면 어떠한 결과를 불러오는지 연구한다. 그래서 이를 바탕으로 그들은 여러 가지 이론 중에서 어떠한 것이 맞는지 알려주는 관측 자료를 모으거나 실험을 계획하게 된다. 그래서 새로운 관측 자료가 생기면, 이론 학자들은 이 관측의 결과를 설명할 수 있게 모형을 바꾸고 계속하여 발전시킨다. 그러나 모형과 관측자료가 맞지 않는다면은 수정하고 그래도 안 되면 그 모형은 없어진다
주로 이론의 천문학의 경우는 별의 진화 거대구조, 은하의 형성과 진화 등등이 있다. 이렇게 많고 다양한 현상을 이해하고 설명하기 위해서는 학자들의 아주 많고 다양한 이론과 물리법칙을 이용한다. 현대에 이르러서 이러한 이론의 천문학은 암흑물질, 급팽창 이론 이러한 기분적인 물리의 법칙을 이용하여 모형을 정립하였고, 이러한 것들이 다소 많은 학자에게 받아들여지고 있다. 또한 암흑에너지와 암흑 물질의 경우 현대 천문학에서 아주 많은 주목을 받고 있다.