天文学是一门古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就有重要的地位，它是由于生产发展的需要而最早发展起来的一门科学。人类因为农业种植节令的需要而研究天体运行规律，特别是依据太阳和地球的运行规律而制定了天文历法，中国还制定了二十四节气并广泛应用于工农牧业生产中去。而对种种灾害和天象的记载，则促进了古天文学的优先发展。
天文学是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。内容包括天体的构造、性质和运行规律等。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。
天文学研究的范畴是整个宇宙。上下四方谓之宇，古往今来谓之宙。宇宙亦即是天地万物之总称。天文学的研究对象是宇宙中的天体，包括恒星、行星、卫星、彗星、星系、各种星体和黑洞等等。天文学的研究方法是观测～理论～观测这种螺旋式上升发展的被动式研究方法。它的一个重大研究课题是天体的起源和演化。
一年之中寒来暑往，一日之中昼夜交替，风云雨雪变幻无常，雷电地震，人类疾病等等这一切现象和灾害事件既与大气运动、地球本身的性质状态有关，又与太阳活动及宇宙线的强弱有着密切关系。因此，当代天文学的研究重点之一，就是对人类和生物体影响最重大的天体——太阳。其研究重点之二，就是天体物理、探测地外生命与地外文明。这里重点介绍与人们息息相关的最有实用价值的天文学精要与它的奥秘。
（一）浩瀚无垠的宇宙
人类生活在地球上，地球是宇宙中的一个天体。因此，宇宙总是人们想要了解的重要对象。
宇宙在时间上、空间上及物质运动的形态转化上都是无限的。宇宙由统一的物质组成，但物质又具有多样性。宇宙物质是按自然规律在不断地运动发展着的。因此，世界上没有不运动的物质，也没有永恒不变的事物。
人们目前所能观测到的部分宇宙，也就是总星系。20世纪60年代，由于射电天文学的发展，至今借助于巨大的射电天文望远镜（目前固定的天线直径已达305米，具有自动跟踪系统的也已有100米），人们已探测到200亿光年（１光年等于光1年通过的距离，约等于9.5万亿公里）遥远距离的天体。近年来由于宇宙航行技术的发展，发射高能天文台，可跳出地球大气层的障碍来探测宇宙的奥秘，因此探测到天体的距离就更远。
总星系只不过是宇宙的一部分，它包含有1400多亿个恒星系及星际物质。每个恒星系的直径为几万到十几万光年。通常又把总星系中的恒星系分为河内星系（即银河系）和河外星系。河外星系包含有千亿个像银河系那样的恒星系。而每个恒星系又是由几十亿至几千亿颗像太阳那样的恒星以及星际气体和尘埃物质等所组成的。可想而知，仅总星系就有多么巨大。
宇宙中的天体或称星球的名称有：星系（星座）、星云、类星体、星团、恒星、聚星、双星、变星、脉冲星、中子星、新星、超新星、巨星、超巨星、白矮星、黑矮星、大小行星、卫星、彗星、流星、陨星等等。如仙女座星系（离银河系220万光年）、狮子座星系（离银河系17万光年）、麦哲伦星云、造父变星、哈雷彗星等等。
根据观测到的宇宙膨胀现象而提出的大爆炸宇宙学观点认为，宇宙的年龄约为二百亿年。但它应当是指人们目前观测到的总星系的年龄。
大爆炸宇宙学即现代标准宇宙学是美国天文学家伽莫夫于1984年首次提出的。它的主要观点是认为宇宙有一段从热到冷的演化史。即宇宙从物质密度极大、温度极高（1012 K＝10万亿度 ）状态开始诞生，因宇宙的绝热膨胀，而使温度逐渐下降到目前宇宙空间的绝对温度2.7K，体积则膨胀到极大。从对天体进行的光谱分析得出的哈勃红移证明了宇宙膨胀——大爆炸宇宙学观点的正确性。但宇宙大爆炸的前提条件从哪里来呢？高温高压的物质从何处来的呢？至今仍是谜。
何谓哈勃红移？当你用望远镜观察一个高速远离地球的天体时，它的光谱（说白了就是颜色）就要向红色方向移动，就是红移；当观察一个高速靠近地球的天体时，它的光谱就要向蓝色方向移动，就是蓝移。再举一个例子，人们现在看太阳是黄白色的，如果太阳高速远离人们，人们看到太阳的颜色就会变成橙红色，这就是红移了。红移←红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫→蓝移。
1929年，E·P·哈勃发现河外星系视向退行速度v与距离d成正比，即v＝Hd，这个关系称为哈勃定律，又称哈勃效应。哈勃定律中，v以千米/秒为单位，d以百万秒差距为单位，哈勃常数H的单位是千米/（秒·百万秒差距）。哈勃定律有着广泛的应用，它是测量遥远星系距离的唯一有效方法。只要测出星系谱线的红移，再换算出退行速度，便可由哈勃定律算出该星系的距离。
哈勃定律揭示宇宙是在不断膨胀的，这种膨胀是一种全空间的均匀膨胀。因此，在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀，从任何一个星系来看，一切星系都以它为中心向四面散开，越远的星系间彼此散开的速度越大。
哈勃太空望远镜，是以天文学家爱德温·哈勃为名，在轨道上环绕着地球旋转的望远镜，它的位置在地球的大气层之上，因此它所拍摄的影像不会受到大气湍流的扰动，视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光，还能观测到被臭氧层吸收的紫外线。它于1990年成功发射，弥补了地面观测的不足，帮助天文学家解决了许多天文学上的基本问题，使得人类对天体物理有更多的认识。它是天文研究史上最重要的仪器之一。2011年11月，借助哈勃空间望远镜，天文学家们首次拍摄到围绕遥远黑洞存在的盘状构造。2013年12月，天文学家利用哈勃太空望远镜在太阳系外发现了5颗行星，在它们的大气层中都有水存在的迹象。
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