खगोल भौतिकी

खगोल भौतिकी : भौतिकीचे नियम, तत्त्वे, सिद्धांत व तंत्रे यांच्या साहाय्याने खस्थ पदार्थ व विश्वातील घटना यांच्या भौतिक व रासायनिक स्वरूपांचे अध्ययन करणारी ज्योतिषशास्त्राची शाखा. खगोल भौतिकीमध्ये ज्योतिषशास्त्र आणि भौतिकी, विशेषत: आधुनिक भौतिकी, यांचा समन्वय साधण्यात आला आहे. ग्रह, उपग्रह, सूर्य, लघुग्रह यांसारख्या जवळच्या तारे, आकाशगंगा इत्यादींसारख्या दूरच्या व ⇨दीर्घिका, ⇨ क्वासार  यांच्यासारख्या अतिदूरच्या किंवा थोडक्यात पृथ्वीच्या वातावरणाच्या पलीकडील सर्व पदार्थांच्या वस्तुमान, आकारमान, तापमान, रासायनिक संघटन, प्रारण, उत्पत्ती, उत्क्रांती इत्यादींविषयीची माहिती मिळविणे हा खगोल भौतिकीचा उद्देश आहे. यासाठी खस्थ पदार्थांच्या भौतिक गुणधर्मांच्या जोडीनेच त्यांच्या अंतरंगात व आंतरतारकीय (ताऱ्यांच्या मधील) अवकाशात द्रव्य व प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा) यांच्यामध्ये होणाऱ्या आंतरक्रियांचे अनुसंधानही (काळजीपूर्वक निरीक्षणही) केले जाते.

खगोल भौतिकी व इतर संबंधित विषय : खगोल भौतिकीमध्ये ज्योतिषशास्त्राच्या बहुतेक सर्व शाखांचा अभ्यास केला जातो. ज्योतिषमापन (खस्थ पदार्थांचे स्थान व गती ठरविणे), खगोल यामिकी (सूर्यकुलातील पदार्थांच्या गतीचे अध्ययन), कालमापन इत्यादींचा परंपरागत ज्योतिषशास्त्रात समावेश होतो. त्यासाठी खस्थ पदार्थांच्या  हालचालींचा आणि त्यांच्या प्रकाशाच्या दिशेचा विचार केला जातो. परंतु खगोल भैतिकीमध्ये प्रकाशाच्या व इतर प्रारणांच्या तीव्रतेचे व वर्णपटीय संघटनाचे अनुसंधान केले जाते. मात्र या दोन्हींमध्ये काटेकोर सीमारेषा आखता येत नाही. उदा., सूर्याचे किंवा गुरूचे अक्षीय परिभ्रमण त्यांच्या पृष्ठावरील खुणांच्या द्वारे परंपरागत रीतीने अथवा त्यांच्या पूर्व व पश्चिम बाजूंनी येणाऱ्या  प्रकाशाच्या वर्णपटांतील रेखांच्या विस्थापनांवरूनही (सरकण्यांवरूनही) ठरविता येते.

उलट खगोल भौतिकीची क्षेत्रे व समस्या यांचे भौतिकीची मूलभूत वा पूरक क्षेत्रे म्हणूनही वर्गीकरण करता येईल. कारण ⇨आयनद्रायू भौतिकी, अणुकेंद्रीय भौतिकी, पुंज भौतिकी (ऊर्जेच्या किमान अविभाज्य राशीसंबंधीची म्हणजे क्कांटमसंबंधीची भौतिकी), ⇨घनावस्था भौतिकी  इ. आधुनिक भौतिकीच्या सर्व आणि चुंबकत्व, विद्युत्‌, प्रकाशकी, उष्णता, ऊष्मागतिकी (उष्णता व यांत्रिकी किंवा इतर स्वरूपातील ऊर्जा यांतील संबंधांचे गणितीय विवरण करणारे शास्त्र) आणि सांख्यिकीय यामिकी (संख्येने मोठ्या प्रमाणात असलेल्या पदार्थांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करण्यासाठी संख्याशास्त्रीय सिद्धांताचा उपयोग करणारे शास्त्र) या परंपरागत भौतिकीच्या  शाखांचा खगोल भौतिकीमध्ये उपयोग होतो. वर्णपटीय विश्लेषणाने ताऱ्याची पृष्ठीय माहिती मिळाल्यावर तापमान, दाब इ. त्याच्या केंद्राकडे कशी वाढत जातात हे सैद्धांतिक भौतिकीने व गणिताने कळू शकते. परंपरागत यामिकीच्या (प्रेरणांची वस्तूंवर होणारी क्रिया व त्यामुळे निर्माण होणारी गती यांचा अभ्यास करणाऱ्या शास्त्राच्या) साहाय्याने ताऱ्याचे वस्तुमान व घनता यांची माहिती मिळते, तर तारकीय वातावरणातील समतोलावस्था काढण्यासाठी वापरण्यात येणारी बोल्टस्‌मान-साहा यांची विच्छेदन समीकरणे ऊष्मागतिकी व सांख्यिकीय यामिकीवर आधारलेली आहेत. ज्योतिषशास्त्रीय उपकरणांमध्ये भूमितीय प्रकाशकी वापरलेली असते व वर्णपटरेखांच्या अपस्करणासाठी (तरंगलांबीनुसार होणाऱ्या वक्रीभवनासाठी)  आणि शोषणासाठी भौतिक प्रकाशकीय सूत्रे वापरतात. रेडिओ दूरदर्शकाच्या (दुर्बिणीच्या) वापरामागेही भूमितीय व भौतिक प्रकाशकी आहे. वर्णपटांचे अर्थ लावण्यास आणवीय व रेणवीय संरचना प्रमाणभूत ठरतात. वर्णपटांचे स्वरूप ताऱ्यांच्या रासायनिक संघटनावर व तापमानावर अवलंबून असल्याने निरीक्षणांवरून निष्कर्ष काढण्यासाठी प्रारण सिद्धांत व ⇨वर्णपटविज्ञान  उपयुक्त असतात. अवकाशातील कणनिर्मिती, ग्रह व अशनी (उल्का पृथ्वीवर पोहोचल्यावर तिचा उरणारा खनिजयुक्त भाग) यांची अंतर्रचना समजण्यास घनावस्था भौतिकीचा उपयोग होतो. सौरभौतिकी व सिंक्रोट्रॉन (प्रोटॉन व इलेक्ट्रॉन यांच्या वर्तुळाकृती कक्षेतील गतिवर्धनामुळे निर्माण होणाऱ्या) प्रारणांबाबत चुंबकत्व व विद्युत्‌ या शाखा महत्त्वाच्या ठरतात. सौरचक्राची उत्पत्ती व स्पष्टीकरण, वायुरूप अभ्रिकांचे आकार, तेज:शिखांमधील उच्च ऊर्जा कणांचा प्रवेग, क्रॅब अभ्रिका आणि इतर अतप्त उद्‌गमांसाठी ⇨चुंबकीय  द्रवगतिकीचे (विद्युत्‌ संवाहक द्रव वा वायू यांच्या चुंबकीय क्षेत्रातील गतिविषयीच्या शास्त्राचे) साहाय्य लागते. ताऱ्यांतील ऊर्जा उत्पत्ती, तारकीय संरचना, पूर्वेतिहास, उत्क्रांती व मूलद्रव्यांची उत्पत्ती यांच्यासाठी अणुकेंद्रीय व पुंज भौतिकीची गरज असते. विश्वकिरणांची (बाह्य अवकाशातून पृथ्वीवर पडणाऱ्या अतिशय भेदक किरणांची) गती व प्रवेग यांवर चुंबकत्वाचा होणारा परिणाम व त्यांची उत्पत्ती या समस्या खगोल भौतिकीच्याच क्षेत्रातील मानल्या जातात. अशा प्रकारे भौतिकीचा खगोल भौतिकीमध्ये उपयोग होत असल्याने ती भौतिकीची शाखा मानली जाऊ शकते. पण वस्तुत: ज्योतिषशास्त्रीय वेधांमुळे भौतिकीच्या कक्षा रुंदावल्या आहेत तसेच विश्वासंबंधीच्या माहितीत भर टाकण्यास सिद्धांतवाद्यांना संधी मिळाली असून वैश्विक सिद्धांतांच्या प्रगत अध्ययनाचा मार्ग मोकळा झाला आहे. हीलियमाचा शोध, अतिघन पदार्थांचे भौतिक गुणधर्म, औष्णिक अणुकेंद्रीय ऊर्जानिर्मिती इ. गोष्टींची खगोल भौतिकीमुळेच उलगडा झाला.

ग्रहांच्या व कमी पृष्ठतापमान असलेल्या ताऱ्यांच्या वातावरणातील रेणूंची वर्तणूक, आंतरतारकीय अवकाशातील साध्या रेणूंची व धूलिकणांची निर्मिती, ग्रहांच्या अंतरंगाचे व अशनींचे रासायनिक संघटन या गोष्टी समजण्यासाठी रसायनशास्त्राची मदत होते. चांद्रपृष्ठाचे स्वरूप, उल्काविवरे, गुरूवरील मोठा तांबडा डाग इत्यादींचा अभ्यास करताना भूभौतिकी आणि भूविज्ञान यांचा उपयोग होतो. पृथ्वीवरील कदाचित इतर ग्रहांवरील आणि अन्य ताऱ्यांभोवतालच्या ग्रहांवरील जीवांची उत्पत्ती व उत्क्रांती कळण्यास जीवभौतिकी (जैव प्रक्रिया वा आविष्कार यांचे भौतिकीच्या दृष्टीने अभ्यास करणारे शास्त्र) उपयुक्त आहे. तारकीय वातावरण, अंतरंग, उत्क्रांती व स्पंदन यांच्या अध्ययनामध्ये पुष्कळ आधुनिक गणितीय सिद्धांत वापरतात. उलट खगोल भौतिकीच्या काही समस्यांमुळे वैश्लेषिक गणितातील नवीन अन्वेषणाला (संशोधनाला) चालना मिळाली आहे. ज्या गणितीय कृत्यांना साध्या यंत्रांनी हजारो तास लागले असते, अशी गणितीय कृत्ये इलेक्ट्रॉनीय संगणकामुळे (गणितीय कृत्ये करणाऱ्या यंत्रामुळे) काही मिनिटांत सोडविता येऊ लागल्याने त्या अध्ययनातील एक अडसर दूर झाला. खगोल भौतिकीची विविध उपकरणे बनविण्यास अभियांत्रिकीतील विविध शाखांचा उपयोग होतो. कारण रेडिओ दूरदर्शक उभारताना व कृत्रिम उपग्रह, अवकाशयाने व आकाशस्थ प्रयोगशाळा यांच्या साहाय्याने समन्वेषण करताना नवनवीन अभियांत्रिकीय प्रश्न निर्माण होत आहेत.

इतिहास : निरीक्षणांची विविध साधने वेळोवेळी उपलब्ध होत गेल्यामुळे खगोल भौतिकीचा विकास होत गेला असून कालपरत्वे या विषयाचा व्यापही बदलत गेला आहे. त्यामुळे या विषयाचे व्यवस्थित आकलन होण्यासाठी त्याचा विकास कसकसा होत गेला ते पहावे लागेल.

हा विषय विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीपासून खरा विकसित झाला असला तरी सौरडाग, शनीच्या कड्यांच्या आकृत्या व चंद्राचा नकाशा यांच्यासंबंधीचे गॅलिलीओ यांचे व प्रकाशकीविषयीचे न्यूटन यांचे कार्य येथपासूनच या विषयाची सुरुवात झाली, असे म्हणता येईल. १८१४ साली फ्राउनहोफर यांनी ताऱ्यांचे वर्णपट मिळवून त्यांचे अध्ययन करण्यास प्रारंभ केला. खगोल भौतिकी ही संज्ञा अस्तित्वात नव्हती तेव्हापासूनच म्हणजे एकोणिसाव्या शतकाच्या उत्तरार्धात या विषयाचे कार्य चालू होते. उदा., १८७५ साली इंग्लंडमधील विल्यम हगिन्झ व इटलीतील प्येअत्रो आंजेलो सेक्की यांनी ताऱ्यांचे वर्णपट मिळवून त्यांचे अध्ययन करण्याचे काम चालू ठेवले होते. एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीस जर्मनीतील फोगेल यांनी तारकीय वर्णपटविज्ञानात छायाचित्रणाचा वापर केला व डॉप्लर विस्थापनाच्या (निरीक्षण व उद्‌गम यांच्या सापेक्ष गतीमुळे, उद्‌गमापासून मिळणाऱ्या तरंगाच्या भासमान कंप्रतेत म्हणजे दर सेकंदास होणाऱ्या कंपन संख्येत होणाऱ्या व डॉप्लर या शास्त्रज्ञांनी शोधून काढलेल्या बदलाच्या) साहाय्याने ताऱ्यांचे वेग मोजण्यास आरंभ केला. १९१५ साली डब्ल्यू. एस्. ॲडम्स आणि ए. कोलशूटर यांनी ताऱ्यांची दीप्ती व तारकीय वर्णपटातील ठराविक शोषण रेखांची तीव्रता यांच्यातील सहसंबंध शोधून काढले. १९५० नंतर छायाचित्रणाऐवजी प्रकाशविद्युत् तंत्र (प्रकाशाच्या क्रियेने निर्माण होणाऱ्या विद्युत् ऊर्जेचा उपयोग करणारे तंत्र) वापरले जाऊ लागले. प्रकाशविद्युत् घटाची (प्रकाश पडला असता ज्याची विद्युत् स्थिती बदलते अशा प्रयुक्तीची) संवेदनशीलता अधिक असल्याने वर्णपटांचे क्रमवीक्षण (क्रमवार निरीक्षण) करणे सोयीचे झाले.

१८५९ नंतर झालेल्या अध्ययनाचे पुढील टप्पे पाडता येतात. १८८८ पर्यंतच्या काळात ग्रह, तारे व अभ्रिका यांच्या वर्णपटांचे वर्गीकरण करण्यावर विशेष भर दिला गेला. नंतरच्या १९१५ पर्यंतच्या कालखंडात ताऱ्यांचे अरीय (त्रिज्येच्या दिशेने असणारे) वेग मोजणे, आकाशगंगेतील ताऱ्यांचे वितरण (विभागणी) ठरविणे वगैरे गोष्टींचा अभ्यास झाला. पुढे १९३० पर्यंतच्या काळात निरनिराळ्या खस्थ पदार्थांतील मूलद्रव्यांची विपुलता ठरविण्याचे प्रयत्न झाले. त्यासाठी मेघनाद साहा, एडवर्ड आर्थर मिल्न, एच्. एन्. रसेल इत्यादींचे सिद्धांत उपयुक्त ठरले. १९३०–५० या काळात विविध निरीक्षणे व सैद्धांतिक पद्धती वापरून पुष्कळ ताऱ्यांच्या आणि अभ्रिकांच्या रासायनिक संघटनांमध्ये फरक असल्याचे आढळून आले. तद्नंतर तारकीय उत्क्रांतीतील प्रमुख प्रक्रिया व ह. र. (हर्ट्‌झस्प्रंग–रसेल) आकृतींमधील (ताऱ्यांचा वर्णपटीय प्रकार व त्यांची दीप्ती यांचा संबंध दाखविणाऱ्या आलेखांमधील) ताऱ्यांच्या उत्क्रांतीचे मार्ग ओळखणे यांच्यासंबंधीचे महत्त्वपूर्ण कार्य झाले. त्याकरिता श्व्हार्त्सशिल्ड, स्ट्रमग्रेन, हॉईल, सँडेज वगैरेंचे अन्वेषण विशेष उपयोगी ठरले. हे अन्वेषण श्द्रूव्हे, चंद्रशेखर, एडिंग्टन इत्यादींच्या सैद्धांतिक कार्यावर आधारलेले होते. डब्ल्यू. ए. फाउलर, जी. आर्. बरब्रिज व ई. एम्. बरब्रिज यांनी ताऱ्यांच्या अंतरंगात मोठ्या प्रमाणात होणाऱ्या अणुकेंद्रीय प्रक्रियांचा अभ्यास केला. त्यामुळे काही ताऱ्यांतील मूलद्रव्यांच्या विपुलतेविषयी महत्त्वाची माहिती मिळाली. १९६० सालानंतर रेडिओ उद्‌गमांचे विशेष अध्ययन सुरू झाले असून क्वासारांचे आणि कृष्णविवरांचेही (ताऱ्यांच्या गुरुत्वीय अवपातामुळे निर्माण होणारी आणि ज्यातून प्रकाश व द्रव्य बाहेर पडू शकत नाही किंवा आरपार जाऊ शकत नाही अशा अवस्थांचेही) सविस्तर अध्ययन चालू आहे. रॉकेटांच्या साहाय्याने क्ष-किरण आणि जंबुपार (वर्णपटातील जांभळ्या रंगाच्या पलीकडील अदृश्य) प्रारण उद्‌गमांचाही अभ्यास चालू आहे. यांशिवाय फिरती सौर वेधशाळा, अंतराळवीरांनी चंद्रावर ठेवलेली उपकरणे, मंगळाकडे आणि शुक्राकडे पाठविलेली अन्वेषक याने, आकाशस्थ प्रयोगशाळा वगैरेंच्या साहाय्याने प्रयोग करून सूर्यकुलाबद्दल व ताऱ्यांसंबंधी विविध प्रकारची माहिती मिळत आहे. त्यामुळे खगोल भौतिकीचा विकास चालूच असून त्यातील भावी टप्प्यांविषयी काही अंदाजही करण्यात आले आहेत.

खगोल भौतिकी (ॲस्ट्रोफिजिक्स) ही संज्ञा प्रथम खस्थ पदार्थ व घटना यांच्या वर्णपटीय निरीक्षणांतून उद्‌भवणाऱ्या  समस्यांसाठी संदिग्धपणे वापरली जाई. अमेरिकी ज्योतिर्विद जॉर्ज एलरी हेल यांनी १८९२ साली यर्कीझ वेधशाळा व १९०४ साली मौंट विल्सन वेधशाळा येथे खगोल भौतिकीची अन्वेषण केंद्रे स्थापन केली. शिवाय त्यांनी १८९४ साली जेम्स एडवर्ड कीलर यांच्या साहाय्याने ॲस्ट्रोफिजिकल जर्नल  नावाचे नियतकालिक सुरू केले. त्यांच्या प्रयत्नांमधूनच खगोल भौतिकी या संज्ञेला निश्चित अर्थ आला व ती सर्वसामान्य वापरात येऊन रूढ झाली.

वैश्विक परिस्थितीचे परिणाम : विश्वातील प्रत्यक्ष परिस्थिती व प्रयोगशाळेतील परिस्थिती यांच्यात पुष्कळदा जमीन-अस्मानाचे अंतर असते. तापमान, दाब, वेग, चुंबकीय क्षेत्र इ. अत्यधिक किंवा अतिशून्य प्रमाणात असलेल्या सीमा स्थितींमध्ये प्रारण व द्रव्य ही कशी वागतात, हे प्रयोगशाळेत पाहता येत नाही. आपणास पृथ्वीवरील प्रयोगांनी माहीत झालेले प्रारण व द्रव्य यांना लागू पडणारे भौतिकीचे नियम वैश्विक स्थितीमध्ये दीर्घकालापर्यंत (कोट्यवधी वर्षांपर्यंत) आणि प्रचंड अंतरावर (४·८ × १०^१९ किमी. पर्यंत) सुद्धा लागू पडतात की नाही हे पहावे लागते. तसेच पार्थिव परिस्थितीमध्ये कधीही लक्षात न येऊ शकणारी माहिती खगोल भौतिकीमुळे मिळते व निसर्गाचे नवीन नियम उजेडात येतात.

गुरुत्वाकर्षणाचे काही नियम ज्योतिषशास्त्रीय निरीक्षणांद्वारे उजेडात आले. उदा., गुरुत्वप्रेरणेमुळे ज्याप्रमाणे चंद्र पृथ्वीभोवती व ग्रह सूर्याभोवती फिरतात त्याचप्रमाणे आकाशस्थ युग्ममालेतील घटकही समाईक गुरुत्वमध्याभोवती फिरत असल्याचे दिसून येते. या नियमांमुळे दीर्घिकेच्या गाभ्याभोवतालच्या ताऱ्यांच्या कक्षा ठरविता येतात. गुरुत्वप्रेरणा अधल्यामधल्या पदार्थांकडून शोषिली जात नाही किंवा ती आकर्षित होणाऱ्या पदार्थांच्या भौतिक व रासायनिक अवस्थांवर अवलंबून नसते, असे सूर्यग्रहणांच्या निरीक्षणांवरून दिसून येते. प्रयोगांद्वारे गुरुत्वीय प्रेरणेच्या प्रसारणगतीबद्दल अजून काहीच समजले नाही. त्यासाठी फक्त ज्योतिषशास्त्रीय वेधच उपयुक्त ठरू शकतील. गुरुत्वासंबंधीच्या न्यूटन यांच्या संकल्पनेत आइन्स्टाइन यांनी केलेल्या सुधारणा अशाच वेधांद्वारे पडताळून पाहण्यात आल्या आहेत. उदा., सूर्याजवळून जाणारे प्रकाशकिरण गुरूत्वाने वाकतात, हे खग्रास सूर्यग्रहणाच्या वेळी घेतलेल्या वेधांवरून सिद्ध झाले. भूपृष्ठावरील व उपग्रहातील आणवीय घड्याळांनी कालाचे गुरुत्वीय मापन करता येईल. तसेच दूरवरचे तारे व दीर्घिका यांच्या निरीक्षणांमुळे गतिमान उद्‌गमांपासून येणाऱ्या प्रकाशाचा वेग निर्वातामध्ये व सर्व तरंगलांब्यांशी स्थिर असल्याचे प्रस्थापित झाले आहे.

सूर्याच्या केंद्राचे तापमान सु १·६ कोटी अंश से. व घनता अंदाजे १०० ग्रॅ./घ. सेंमी. असते. अशा परिस्थितीतच हायड्रोजन अणूंचे हीलियमात संघटन (एकत्रीकरण) होऊ शकते. कारण अणुकेंद्रीय विक्रियांचा वेग मुख्यत: तापमान व घनता यांवर अवलंबून असतो. सूर्याच्या सु. पन्नासपट मोठे तारे दर सेकंदाला सूर्याच्या दहा लक्षपट ऊर्जा निर्माण करीत असतात ते याच विक्रियांमुळे. तसेच लघुतम ताऱ्याचे वस्तुमान सूर्याएवढे परंतु त्रिज्या पृथ्वीएवढी असल्याने त्याची सरासरी घनता सूर्याच्या घनतेच्या दहा लक्ष पट येते. अशा उच्च घनतेत वायूंचा ऱ्हास होतो. म्हणून अशा वायूंना नेहमीची आदर्श वायूची समीकरणे लागू पडत नाहीत.

लिथियम, बेरिलियम व बोरॉन ही मूलद्रव्ये पृथ्वीवर आणि सूर्याच्या वातावरणात अत्यल्प प्रमाणात आढळतात. त्यांच्या अणुकेंद्रीय रूपांतरणास सापेक्षत: कमी तापमान लागते, हे त्याचे संभाव्य कारण आहे. परंतु काही ताऱ्यांच्या वातावरणांमध्ये लिथियमाच्या अतिशय तीव्र वर्णपटरेखा आढळल्या आहेत. ताऱ्यांच्या पृष्ठांवरील आविष्कारांमुळे लिथियम अणू निर्माण होणे शक्य असते व ते ताऱ्यांच्या अंतरंगातील अणुकेंद्रीय विक्रियांमुळे नष्ट होणाऱ्या अणूंच्या जागी येत असावेत.

आंतरतारकीय वायूंची घनता दर घ. सेंमी.ला एक अणू (सु. १०^-२४ ग्रॅ./घ. सेंमी.) इतकी कमी असल्याने तेथे जवळजवळ निर्वात अवस्था असते. तापमान कोठे ३०^० के. (के. म्हणजे केल्व्हिन निरपेक्ष तापक्रमाचा एकक), तर काही भागाचे तापमान १०,०००^० के. असते.ऊष्मागतिकीय समतोलावस्थेच्या मानाने या वायूंची आयनीभवनाची (विद्युत् भारित अणू, रेणू वा अणुगट तयार होण्याची) व उद्दीपनाची अवस्था अगदी निराळी असते.

निरीक्षणाची उपकरणे व तंत्र : मानवाने अवकाशामध्ये प्रवेश केला असला, तरी खगोल भौतिकी हा मुख्यत: निरीक्षणात्मक विषय आहे. दूरच्या खस्थ पदार्थांचे नमुने आणणे शक्य नसल्याने त्यांचे प्रयोगशाळेत अध्ययन करता येत नाही. त्यामुळे अवकाशयानांद्वारे झालेले काही अन्वेषण सोडल्यास त्यांच्या प्रारणांवरूनच सर्व निष्कर्ष काढावे लागतात. शिवाय पृथ्वीचे वातावरण व आंतरतारकीय द्रव्य यांच्यामुळे या प्रारणांमध्ये बदलही होतात. उदा., काही प्रारणे शोषिली जातात, काहींची तीव्रता घटते, तर काहींचे वर्णपटीय संघटन बदलते. यामुळे समस्या अधिक अवघड होते व उपकरणांवरही मर्यादा पडतात. काही विशिष्ट समस्यांसाठी मात्र प्रायोगिक संस्कारांची मदत घेता येते. या पद्धतीनेच जगातील हजारो वेधशाळांत आणि अन्वेषणकेंद्रांमध्ये खगोल भौतिकीचे अध्ययन चालू आहे.

खस्थ पदार्थांच्या प्रारणाचे गुणात्मक व परिमाणात्मक मापन करणे हा खगोल भौतिकीचा मूलाधार आहे. प्रारणांची ऊर्जा व तिचे वितरण तसेच प्रारणांचे ध्रुवण (एकाच विशिष्ट पातळीत कंप पावणे) व वर्णपट यांचे अध्ययन करतात. या प्रारणांचा वर्णपट अतिदीर्घ रेडिओ तरंगांपासून अतिशय ऊर्जायुक्त विश्वकिरणांपर्यंत पसरला आहे. त्याच्या विविध भागांचे निरीक्षण करण्यासाठी विविध उपकरणे वापरतात. ज्योतिषशास्त्रीय अध्ययनासाठी शतकानुशतके दृश्य प्रकाश हेच साधन होते. प्रकाशमितीय मापनांसाठी, दूरवरचे वेध घेण्यासाठी व पुरेसा प्रकाश एकत्रित आणण्यासाठी दूरदर्शक आवश्यक असतात. खगोल भौतिकीच्या प्रगतीबरोबरच मोठमोठे दूरदर्शकही बनविण्यात आले. प्रकाशमापकाने ताऱ्यांचा सापेक्ष भासमान तेजस्वीपणा मोजतात. ताऱ्यांचे अंतर माहीत असल्यास त्यांवरून त्यांची अंगभूत दीप्ती काढता येते. वर्णपटदर्शकाने प्रकाशाचे पृथक्करण करून खस्थ पदार्थांच्या रासायनिक संघटनाबद्दल व भौतिक स्वरूपाविषयी माहिती मिळते, कारण उद्‌गमाच्या स्वरुपानुसार त्याचा वर्णपट असतो. योग्य गाळण्या असणाऱ्या  छायाचित्रण पट्ट्या, प्रकाशविद्युत्‌ आणि प्रकाशसंवाहक (प्रकाशामुळे ज्याची  विद्युत् संवाहकता बदलते असा) घट, प्रतिमा नलिका (प्रकाशविद्युत्‌ पृष्टाचा उपयोग करून प्रतिमा देणारी एक प्रकारची इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ती), तपयुग्म (दोन भिन्न धातूंची टोके एकत्र जोडून व उरलेली टोके विद्युत् प्रवाह मापकास जोडून तयार होणारे आणि एकत्र जोडलेल्या टोकांचे तापमान मोजणारे साधन), बोलोमीटर, प्रारणमापक [→ उष्णता प्रारण], शिशाच्या सल्फाइडाचे व टेल्यूराइडाचे घट इत्यादींचा प्रारण अभिज्ञातक (ओळखणारे उपकरण) म्हणून उपयोग होतो. प्रकाशविद्युतीय क्रमवीक्षक वापरण्याचे प्रमाण वाढत असले, तरी अजून पुष्कळदा अभिज्ञातक म्हणून छायाचित्रण पट्ट्याच वापरतात.

इ.स. १९३० नंतरच्या दोन महत्त्वाच्या शोधांमुळे ज्योतिषीय निरीक्षण क्षेत्रात बदल झाले व जलद प्रगती झाली. पहिला शोध विश्वकिरणांचा म्हणजे बाह्य अवकाशातून येणाऱ्या ऊर्जाकणांचा होय. पारंपरिक दूरदर्शकाने त्यांचे अध्ययन करता येणार नाही असे दिसून आले. विश्वकिरणांमुळे विश्वातील घटनांशी संबंध जोडता आला असून त्यांच्यामुळे खस्थ पदार्थांबद्दलची नवीन माहिती मिळण्याची शक्यता आहे. १९३२ साली कार्ल जान्स्की यांनी बाह्य अवकाशातून येणारे रेडिओतरंग शोधून काढले. त्यामुळे ⇨रेडिओ ज्योतिषशास्त्र  ही स्वतंत्र शाखा प्रस्थापित झाली. सुयोग्य रेडिओ कंप्रता अभिज्ञातक व आकाशक (रेडिओ तरंगांचे ग्रहण करणारा संवाहक), रेडिओ दूरदर्शक इत्यादींच्या विकासामुळे खगोल भौतिकीच्या विकासाला चालना मिळाली. सूर्याच्या चुंबकीय क्षेत्रमापनासाठी व उच्च सौरक्रियेने उद्‌भवणाऱ्या रेडिओ प्रारणांच्या अध्ययनासाठी खास उपकरणे बनविण्यात आली. फुग्याबरोबर सोडलेले दूरदर्शक (स्ट्रॅटोस्कोप) तसेच रॉकेट, कृत्रिम उपग्रह, अवकाशयाने यांच्यातील प्रारण अभिज्ञातक यांच्यामुळे खगोल भौतिकीच्या प्रगतीचा वेग वाढला असून सूर्याची क्ष-किरणे व जंबुपार प्रारणे अखंडपणे अवलोकन करता येऊ लागली आहेत. खास उपकरणांच्या संचामुळे अतिदूरस्थ जंबुपार प्रारणांमध्ये सूर्याचे एकवर्णी  (एकाच तरंगलांबीच्या प्रकाशात) छायाचित्र घेणे शक्य झाले. तसेच जंबुपार आणि क्ष-किरण अभिज्ञातकांमुळे अनेक तीव्र उद्‌गम उघडकीस आले.

प्रायोगिक खगोल भौतिकीच्या क्षेत्रात तापमान व दाब यांच्या नियंत्रित परिस्थितींमध्ये उत्सर्जित झालेल्या वर्णपटरेखांचे आकार आणि तीव्रता मोजतात. त्यासाठी आघात नलिका (जिच्यात अतिशय उच्च दाबाखालील वायू एकदम सोडून अत्यल्प काल उच्च वेगयुक्त वायुप्रवाह निर्माण करता येतो अशी सापेक्षत: लांब नलिका), आणवीय शलाका तसेच बहुविध आयनीभूत लोह व इतर धातू क्षुब्ध करणारी उच्च ऊर्जा यंत्रे-उपकरणे वापरतात.

खगोल भौतिकीच्या खास निरीक्षण पद्धती असून त्यांचे प्रकाशमितीय, वर्णपटीय, रेडिओ, रॉकेट इ. विभाग पडतात.

प्रकाशमितीय निरीक्षणे : प्रत्यक्ष निरीक्षण करता येणारा खस्थ पदार्थांचा स्थानाशिवाय दुसरा गुणधर्म म्हणजे त्यांचा दृश्य व भासमान तेजस्वीपणा होय. त्याच्या अध्ययनास प्रकाशमिती म्हणतात. भासमान तेजस्वीपणावरून इ.स. पू. १४६–१२७ च्या सुमारास हिपार्कस या ग्रीक ज्योतिर्विदांनी ताऱ्यांचे सहा गट केले होते. डोळ्यास दिसणाऱ्या सर्वांत ठळक ताऱ्यांचा पहिला, तर सर्वांत मंद ताऱ्यांचा सहावा गट अशी विभागणी त्यांनी केली होती. ग्रीकांना हा तेजस्वीपणा खस्थ पदार्थांच्या आकारमानावर अवलंबून असावा असे वाटत असल्याने त्यांनी त्याच्यासाठी ‘मॅग्निट्यूड’ (म्हणजे प्रत) ही संज्ञा वापरली. तीच अजूनही वापरली जाते [→ प्रत].

३,००० A^० पासून (A^० म्हणजे अँगस्ट्रॉम हे तरंग लांबीचे एकक = १०^-८ सेंमी.) साधारणपणे २५,००० A^० पर्यंतच्या तरंगलांबीचे वेध घेण्यास साधा दूरदर्शक चालतो. ताऱ्याचे बिंब वा प्रतिबिंब छायाचित्रण पट्टीवर किंवा प्रकाश विद्युत् घटावर पाडून प्रकाशाची तीव्रता मोजतात. तसेच अतिदूरच्या अवरक्त (वर्णपटातील तांबड्या रंगाच्या अलीकडील अदृश्य) प्रारणांसाठी बोलोमीटर हे उपकरण वापरतात. प्रकाशाची तीव्रता मोजणाऱ्या अशा उपकरणांना प्रकाशमापक म्हणतात. त्यांच्या साहाय्याने ताऱ्यांची सापेक्ष दीप्ती काढता येते. दोन ताऱ्यांची प्रत (m) व दीप्ती (l ) यांच्यातील संबंध पुढील सूत्राने दर्शवितात : m₁  –  m₂ = 2·5 log₁₀ (l₁/l₂). ताऱ्यांची दृश्य पीत ( पिवळ्या प्रकाशाची ) प्रत – २६  (सूर्य) पासून + २३ ( २०० इंची व्यासाच्या दूरदर्शकातून दिसणारा सर्वांत मंद तारा) पर्यंत असते. पीत (V), नील (B), जंबुपार (U) व ऊर्जादर्शक (बोलोमीटरीय mb)  या प्रती काढण्याच्या पद्धती आहेत. प्रतींमधील B-V व U-B या फरकांना ताऱ्यांचे वर्णांक म्हणतात व mb-V याला बोलोमीटरीय ऊर्जाशुद्धी म्हणतात. सर्वांत निळ्या (उष्ण) ताऱ्यांचा B-V वर्णांक – ०·५ असून सर्वांत लाल (थंड) ताऱ्यांचा B-V वर्णांक + २ पर्यंत असतो. ताऱ्याचे आपल्यापासूनचे अंतर (d) माहीत असल्यास पुढील समीकरणाने त्याची निरपेक्ष प्रत (अंगभूत दीप्ती, M ) काढतात.

M= m+ 5 –5 log₁₀ d – α (α चे स्पष्टीकरण खाली पहा). दहा पार्सेक (१ पार्सेक = ३·०८५६ × १०^१३ किमी.) अंतरावरील ताऱ्याची दृश्य व निरपेक्ष प्रत सारखी मानतात. आंतरतारकीय द्रव्याने प्रारणाचे प्रकीर्णन (विखुरणे) व शोषण होते. त्यामुळे तारे वाजवीपेक्षा अधिक मंद दिसतात. त्यामुळे त्यांच्या प्रतींमध्ये होणारी वाढ वरील समीकरणात α ने दर्शविली आहे. अशा प्रकारे सामान्यत: १,००० पार्सेक अंतरात १ पीत प्रत इतका मंदपणा येतो. आकाशगंगेत – ६ ते + २० निरपेक्ष पीत प्रतीचे तारे आढळतात.

काही खस्थ पदार्थांची दीप्ती कालानुसार कशी बदलते, याच्या अध्ययनासही प्रकाशमितीय निरीक्षणे उपयुक्त असतात. ग्रहणे दर्शविणारे युग्मतारे व स्पंदमान तारे असा बदल दाखवितात. कधीकधी नवतारे व अतिदीप्त नवतारे यांच्यात प्रचंड स्फोट होऊन त्यांचा तेजस्वीपणा कोट्यावधी पट वाढू शकतो [→ नवतारा व अतिदीप्त नवतारा]. यांसारख्या भौतिक घटना प्रकाशमितीने चांगल्या समजू शकतात. १९१२ साली स्पंदमान ताऱ्यांचा स्पंदनकाल व त्यांची निरपेक्ष दीप्ती यांच्यातील संबंध समजला होता. तो आता अधिक स्पष्ट झाला असून त्याचा अभ्यास अजून चालू आहे. त्यामुळे खस्थ पदार्थांची अंतरे काढण्यास मदत झाली आहे.

क्ष अक्षावर तापमान (वर्णांक) व य अक्षावर दीप्ती (प्रत) अशा प्रकारे काढलेल्या आलेखावरून ताऱ्यांसंबंधी पुष्कळ माहिती मिळते. अशा आलेखांना हर्ट्‌झस्प्रंग – रसेल किंवा ह. र. आकृती म्हणतात (आकृती पहा). त्यांत बहुतेक तारे वायव्य (डाव्या बाजूच्या वरच्या) भागातील अतितेजस्वी नील ताऱ्यांपासून आग्नेय (उजव्या बाजूच्या खालच्या) भागातील अतिमंद लाल ताऱ्यांपर्यंत जाणाऱ्या कर्णावर आढळतात. या ताऱ्यांच्या श्रेणीस ‘प्रमुख श्रेणी’ म्हणतात व त्यातील ताऱ्यांना प्रमुख श्रेणीचे तारे किंवा लघुतारे अशी संज्ञा आहे.शिवाय महातारे, मध्यम महातारे व महत्तम तारे, लघुतर तारे व लघुतम तारे या श्रेणीही आहेत. ह. र. आकृतींमधील ताऱ्यांच्या कालिक अनुक्रमांवरून विविध प्रकारच्या ताऱ्यांबद्दल व तारकीय उत्क्रांतीच्या प्रक्रियांविषयी माहिती मिळते [→ तारा].

खस्थ पदार्थांच्या इतरही काही गुणधर्मांचा प्रकाशमितीय अध्ययनाने उलगडा होतो. आंतरतारकीय अवकाश हे संपूर्ण पोकळी नसून तेथे अतिशय विरळ वायू व धूलिकण असतात, हे त्यांच्यामुळे प्रारणांवर होणारा परिणाम लक्षात आल्याने समजून आले. ताऱ्याच्या प्रकाशाचे आंतरतारकीय द्रव्याने प्रकीर्णन व शोषण झाल्याने तो व्यस्तवर्गीय नियमापेक्षा जास्त अंधुक दिसतो, हे वर सांगितलेच आहे. तसेच आंतरतारकीय धुळीने तांबड्यापेक्षा निळ्या प्रकाशाचे अधिक परिणामकारकपणे प्रकीर्णन होत असल्याने तारा लाल दिसतो. याला आंतरतारकीय आरक्तीभवन म्हणतात आणि त्याचे प्रकाशमितीद्वारे अध्ययन करतात [→ आंतरतारकीय द्रव्य].

ध्रुवण हे सुद्धा प्रकाशमितीचे एक साधन असून ते मोजण्यासाठी विशिष्ट प्रकारचे प्रकाशमापक असतात. ध्रुवणमापनाने ताऱ्यांसंबंधी व आंतरतारकीय माध्यमाबद्दल बरीच माहिती मिळते. आंतरतारकीय द्रव्याच्या ढगांमधून जाताना दूरच्या ताऱ्यांच्या प्रकाशाचे ध्रुवण होते हे १९४९ साली समजले. त्यानंतरच ध्रुवणमापनाचे तंत्र विकसित होत आहे. अवकाशामध्ये धुळीचे लांबट कण ओळीत मांडले गेल्यामुळे हे ध्रुवण होत असावे. प्रयोगशाळेतील स्फटिकांसंबंधी केलेल्या प्रयोगांवरूनही असेच दिसून येते. कण अशा प्रकारे मांडले जाण्यास तेथील दुर्बल चुंबकत्व कारणीभूत होत असावे असेही मानतात. म्हणून ध्रुवणमापनाने आंतरतारकीय चुंबकत्वाबद्दल आणि तेथील कणांसंबंधी माहिती मिळते. दूरचे तारकासमूह, दीर्घिका इत्यादींसारखे बिंदूहून मोठे दिसणारे पदार्थ हे प्रकाशमितीचे अंतिम क्षेत्र आहे. त्यांच्यातील घटकांच्या ढोबळ स्वरूपाचे वर्णन झटकन व स्पष्टपणे मिळू शकते. मात्र केवळ प्रकाशमितीय निरीक्षणांनी खस्थ पदार्थांच्या भौतिक स्वरूपाचे आकलन होत नाही, म्हणून तारकीय वर्णपटविज्ञानाचे साहाय्य घेऊन ताऱ्यांच्या रासायनिक संघटनाविषयी व भौतिक अवस्थांसंबंधी अंदाज करावे लागतात [→ प्रकाशमापन].

वर्णपटीय निरीक्षणे : वर्णपटलेखकाच्या साहाय्याने ताऱ्याचा वर्णपट मिळवितात. वर्णपटातील शोषण व उत्सर्जन रेखांवरून ताऱ्याबद्दल माहिती होते. हे तंत्र न्यूटन यांनी १६६६ साली सुचविले होते. वुलस्टन यांनी सौरवर्णपटरेखा १८०८ साली पाहिल्या होत्या. १८७५ साली फ्राउनहोफर यांनी सौरवर्णपटातील गडद रेखांसंबंधीचे निष्कर्ष प्रसिद्ध करून खगोल भौतिकीतील वर्णपटीय अध्ययनास सुरुवात केली. मात्र किरखोफ यांनी वर्णपटरेखांचे स्पष्टीकरण केल्याने खस्थ पदार्थांच्या भौतिकीय स्वरूपाच्या अध्ययनाची शक्यता निर्माण झाली, म्हणून किरखोफ यांना खगोल भौतिकीचे जनक मानले जाते. छायाचित्रण पट्टीवर ताऱ्याचा वर्णपट चित्रित करून वर्णपटरेखांचे आलेख काढतात. त्यामुळे तारकीय वातावरणातील मूलद्रव्यांचे प्रमाण, तापमान, दाब इत्यादींबद्दल अंदाज करता येऊ लागले. बऱ्याच वेळा वर्णपट सरळ प्रकाशविद्युत् घटावर पाडून व तो घट समग्र वर्णपटावर फिरवून वर्णपटाचे क्रमवीक्षण चित्र मिळवितात. मंद प्रकाश असलेल्या ताऱ्यांच्या बाबतीत ही पद्धती बरीच उपयोगी पडते. किरखोफ यांनी तारकीय वर्णपटांसंबंधी काही नियम तयार केले व सौरवर्णपटातील मूलद्रव्येही सांगितली. त्यामुळे ताऱ्यांच्या वातावरणाचे रासायनिक संघटन ठरविता येऊ लागले. तसेच निरनिराळ्या तरंगलांब्यांजवळील रेखांच्या सापेक्ष तीव्रतेवरून ताऱ्यांचे पृष्ठतापमान सांगता येऊ लागले. तारकीय द्रव्य वायुरूप असल्याचे समजल्याने ताऱ्यांच्या अंतरंगाचा सैद्धांतिक अभ्यास व त्यावरून तारकीय संरचनेचा गणितीय सिद्धांत प्रस्थापित करणे सोपे झाले.

खस्थ पदार्थांच्या व प्रयोगशाळेत मिळणाऱ्या वर्णपटांतील रेखांची तुलना करून त्या कोणत्या मूलद्रव्यांच्या आहेत ते ठरवितात. ज्या रेखा ओळखू आल्या नाहीत त्या इतर रेणूंच्या किंवा ज्ञात अणूंच्या अज्ञात परिस्थितींमधील असाव्यात असे दिसते. वर्णपटातील उत्सर्जन रेखांवरून उद्‌गमाचे स्वरूप लक्षात येते. तसेच वर्णपटरेखांवरून मूलद्रव्यांची विपुलता ठरविता येते. यावरून विश्वातील मूलद्रव्यांची विपुलता सर्वत्र जवळजवळ सारखी असल्याचे आढळते. हायड्रोजन सर्वांत विपुल व तदनंतर हीलियम असून कार्बन, नायट्रोजन, ऑक्सिजन हे अल्प प्रमाणात तर इतर मूलद्रव्ये लेशमात्र आढळतात. याला अपवादही आहेतच. उदा., कार्बन ताऱ्यांत कार्बन अधिक तर लघुतम ताऱ्यांत हायड्रोजन बराच कमी असावा. मात्र अशी रासायनिक समानता असूनही बहुसंख्य ताऱ्यांच्या वर्णपटांमध्ये तापमान व दाब यांच्यामुळे फरक आढळतात. कारण ताऱ्यांतील आणवीय व रेणवीय ऊर्जास्तरातील इलेक्ट्रॉन संख्येवर तापमानाचा व दाबाचा परिणाम होतो. तसेच दाब हा ताऱ्याच्या पृष्ठीय गुरुत्वाकर्षणावर, गुरुत्वाकर्षण ताऱ्याच्या वस्तुमानावर व आकारमानावर आणि शेवटी त्याच्या दीप्तीवर अवलंबून असते. अशा प्रकारे तारकीय दाब दीप्तीच्या रूपात सांगता येतो.

वर्णपटातील शोषण किंवा उत्सर्जन रेखांची तरंगलांबी मोजतात. त्यावरून वर्णपटरेखांची च्युती (विस्थापन) समजते तिच्यावरून खस्थ पदार्थाचा पृथ्वीसापेक्ष दृष्टिरेषेतील म्हणजे अरीय वेग काढता येतो. या वेगातून पृथ्वीची गती वजा करून येणारा वेग सूर्यसापेक्ष समजतात. विश्वासंबंधी सध्या माहीत असलेली बहुतेक सर्व माहिती अरीय वेगमापनाने झालेली आहे. १९२० साली एडविन हबल यांनी दीर्घिकांची अंतरे व त्यांच्या वर्णपटरेखांची च्युती यांच्यातील संबंध सूत्ररूपाने दर्शविला. तसेच दीर्घिकांच्या ताम्रच्युती (तांबड्या रंगाकडे वर्णरेखांचे सरकणे) डॉप्लर परिणामामुळे उद्‌भवतात असे मानल्यामुळेच विश्वाच्या स्वरूपासंबंधीचा प्रसरणशील विश्व हा पहिला शास्त्रीय सिद्धांत पुढे आला. अरीय वेगांवरून तारकासमूहाच्या गतीबद्दल माहिती मिळते. वर्णपटरेखांच्या स्थानात आवर्ती बदल आढळल्यास त्यावरून युग्मताऱ्याचे किंवा स्पंदमान ताऱ्यांचे अस्तित्व कळते. युग्मताऱ्याच्या कक्षीय गतीने अरीय वेगात होणारे बदल तारकीय वस्तुमान काढण्यास उपयुक्त असतात. तसेच दीर्घिकेच्या कक्षीय परिभ्रमणाच्या वेगावरून पूर्ण दीर्घिकेचे वस्तुमान ठरविता येते. चल (ज्यांची भासमान प्रत कायम नसते अशा) ताऱ्यांबद्दल माहिती मिळविण्यासही अरीय वेगमापन उपयुक्त आहे.

वर्णपटरेखांची रुंदी मोजून ताऱ्याच्या अक्षीय परिभ्रमणाची गती काढता येते. ताऱ्यात चुंबकत्व पुरेसे असल्यास त्यामुळे वर्णपटरेखा अनेक घटकांत विभागल्या जातात. या झीमान यांनी शोधून काढलेल्या परिणामाच्या निरीक्षणांवरून तारकीय चुंबकक्षेत्राची तीव्रता ठरविता येते.

सौरवर्णपटलेखकाने एकावेळी एकाच वर्णपटरेखेच्या प्रकाशामध्ये सूर्यपृष्ठाचे अध्ययन करता येते. त्यामुळे सौरक्रियांची चांगली माहिती मिळते.

बहुसंख्य तारकीय वर्णपट एका अखंड रैखिक श्रेणीत मांडता येतात. त्यांचे O, B, A, F, G, K व M असे गट आणि या गटांचे पुन्हा प्रत्येकी दहा उपगटही ( उदा., B0, B1, B2 इ. ) पाडतात. वर्णपटावर आधारलेले ताऱ्यांचे हे वर्गीकरण नंतर तापमान व रंग यांच्यानुसार झाल्याचेही आढळून आले. O तारे सर्वांत निळे आणि उष्ण (४०,०००° के.) असून M तारे सर्वांत लाल व थंड (३,०००° के.) असतात. ह. र. आकृतींमध्ये वर्णांकाऐवजी (ताऱ्यांची छायाचित्रीय व दृश्य प्रत यांमधील फरकाऐवजी) हे गटही वापरतात. या श्रेणीत नसलेल्या ताऱ्यांच्या गटांना R, N व S अशी अक्षरे वापरतात. अधिक परिशुद्ध अध्ययनासाठी वर्णपटीय प्रकाराच्या जोडीनेच दीप्तिनिदर्शक अभिधाने जोडून दीप्तिगटही पाडले आहेत [→ तारा वर्णपटविज्ञान].

रेडिओ निरीक्षणे : १० ते १०० मी. पेक्षा जास्त तरंगलांबीचे रेडिओ तरंग पृथ्वीच्या आयनांबरात (जेथे आयनीभवन घडते अशा पृथ्वीच्या वातावरणाच्या ८० ते ३०० किमी. उंचीवरील विद्युत् संवाहक थरात) शोषले जातात. १ मिमी. ते १० मी. तरंगलांब्यांच्या तरंगांचे मात्र ⇨रेडिओ दूरदर्शकाने वेध घेता येतात. रेडिओ दूरदर्शकामध्ये काचेऐवजी धातूचा अन्वस्ताकार (विशिष्ट अंतर्गोल प्रकारचा, पॅराबोलिक) आरसा वा परावर्तक असतो. त्याच्या केंद्रावर द्विध्रुवी किंवा भोंग्याच्या आकाराचा अभिज्ञातक (शोध घेणारा घटक) ठेवून रेडिओ तरंग एकत्रित केले जातात. अभिज्ञातकाच्या मेलनाची (समायोजनाची) कंप्रता बदलून निरनिराळ्या कंप्रतांच्या तरंगांचे वेध घेता येतात. आंतरतारकीय द्रव्यातून जाताना रेडिओ तरंग दुर्बल होत नाहीत, ही गोष्ट रेडिओ उद्‌गमांचे निरीक्षण करण्याच्या दृष्टीने सोयीची आहे. मात्र प्रकाशापेक्षा रेडिओ तरंगांची लांबी जास्त असल्याने रेडिओ दूरदर्शकाची विभेदनक्षमता (उद्‌गम घटक अलग करण्याची क्षमता) कमी असते. त्यामुळे अचूक स्थान निर्णयासाठी परावर्तकाचा व्यास बराच मोठा असावा लागतो. इंग्लंडमधील जॉड्रेल बँक येथील सर्वांत मोठ्या परावर्तकाचा व्यास ८३·३३ मी. (२५० फूट) आहे, तरीही २१ सेंमी. तरंगलांबी असताना १० मिनिटांपेक्षा जास्त अचूक स्थान मिळविता येत नाही. म्हणून दोन वा अधिक दूरदर्शक दूर अंतरावर ठेवून त्यांचे संकेत एकत्र आणणारे व्यतिकरणमापक (दोन वा अधिक तरंगमालिका एकमेकांवर पडल्यामुळे तरंगाच्या परमप्रसरात, म्हणजे तरंगाच्या प्रसारणाच्या दिशेला लंब दिशेत होणाऱ्या कमाल स्थानांतरणात, अंतरानुसार होणारा बदल मोजणारे उपकरण) तयार करतात. एक दूरदर्शक ऑस्ट्रेलियात आणि दुसरा इंग्लंडमध्ये ठेवून एक सेकंदापेक्षा जास्त अचूकता गाठता आली आहे. रेडिओ दूरदर्शकाने हजारो रेडिओ उद्‌गमांचा शोध लागला असून क्वासार, पल्सार यांसारखे नवीन पिंडही सापडले आहेत.

वर्णपटाच्या रेडिओ विभागात फारच थोड्या रेखा असतात. त्यांच्यापैकी अनायनीभूत (विद्युत्‌ भारित न झालेल्या) हायड्रोजनाची २१ सेंमी. रेखा सर्वांत महत्त्वाची आहे. तिच्या निरीक्षणांवरून आकाशगंगेची रचना आणि तिच्यातील सर्पिल भुजांची (मध्यापासून बाहेर आलेल्या वक्र भागांची) ठेवण यांसंबंधी पुष्कळ माहिती उपलब्ध झाली आहे. तसेच देवयानीतील दीर्घिकेसारख्या इतर दीर्घिकांचे भ्रमण व वस्तुमान अजमावता आले. त्यांशिवाय तिच्यामुळे हायड्रोजनाच्या ढगांची वाटणी व गती यांचे अध्ययन करता येते. हायड्रॉक्सिल (OH) गटाची १८ सेंमी., अमोनियाची १·२ सेंमी. आणि वाफेची १·४ सेंमी. या तरंगलांब्यांच्या रेखांचेही आता वेध घेण्यात आले आहेत.

रेडिओ तरंगांचे ध्रुवण मोजून रेडिओ उद्‌गमांच्या आणि आकाशगंगेच्या चुंबकीय क्षेत्राची माहिती मिळते आणि रेडिओ ऊर्जा उत्पन्न होण्याची सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जनासारखी कारणे शोधून काढता येतात. विश्वातील रेडिओ प्रारणाच्या उत्पत्तीच्या अध्ययनामुळे सैद्धांतिक अध्ययनास मदत होईल व वैश्विक सिद्धांतावरही प्रकाश पडेल. रेडिओ उद्‌गमांचे तीन गट करतात. (१) सूर्यमालेतील उदा., सूर्य, गुरू (२) आकाशगंगेतील उदा., क्रॅब अभ्रिका व (३) गांगेयबाह्य (आकाशगंगेच्या बाहेरील) उदा., काही क्वासार. सूर्याचे रेडिओ उत्सर्जन हे सौरपृष्ठावरील क्रियांशी निगडीत असल्याने त्यांच्या अध्ययनास महत्त्वाचे स्थान आहे. गुरूला चुंबकक्षेत्र असल्याचे व त्याच्या भोवताली प्रारणपट्ट असल्याचे रेडिओ निरीक्षणांतूनच कळून आले. इतर ग्रहांबद्दलही नवीन माहिती अशा तऱ्हेने उपलब्ध झाली आहे. तसेच रेडिओ उद्‌गमांच्या अभ्यासामुळे विश्वकिरणांचे उद्‌गम ओळखण्यासही मदत होते [→ रेडिओ ज्योतिषशास्त्र].

रॉकेट तंत्राने केलेली निरीक्षणे : वर्णपटातील जंबुपार भागाचे वातावरणातील ओझोन या वायूमुळे शोषण होते. म्हणून त्याच्या अध्ययनासाठी वातावरणाबाहेर योग्य अशी उपकरणे ठेवलेले रॉकेट सोडून वेध घेतात. अशा तऱ्हेने सूर्याच्या आणि इतर ठळक ताऱ्यांच्या जंबुपार व क्ष-किरण वर्णपटांची माहिती मिळू लागली  असून काही क्ष-किरण उद्‌गमांचा शोधही लागला आहे. वातावरणातील वाफेने अधिक तरंगलांबीच्या अवरक्त भागाचेही शोषण होते. म्हणून त्याचे अध्ययन करण्यासाठी रॉकेटाचा किंवा १५ किमी.पेक्षा जास्त उंचीवर जाणाऱ्या विमानांचा उपयोग करतात. प्राथमिक प्रकारच्या विश्वकिरणांचे वेध घेण्यासाठी त्यांना वातावरणाबाहेर पकडावे लागते. त्यासाठी रॉकेटातील उपकरणे आणि जाड छायाचित्रीय पायस (प्रारणाला संवेदनशील असणारा रासायनिक द्रव्यांचा थर) वापरतात. आता कृत्रिम उपग्रह, अवकाशयाने वगैरेंच्या साहाय्याने आंतरग्रहीय अवकाशाचे निरीक्षण करणे शक्य झाले आहे. त्यावरून तेथील घनता, चुंबकक्षेत्र, इलेक्ट्रॉन व प्रोटॉन यांची संख्या ही मोजता येतात व सौरवाताचीही (सूर्यातून बाहेर पडणाऱ्या कणांपासून बनलेल्या आयनीभूत वायूच्या झोताचीही)  माहिती मिळते.

सैद्धांतिक खगोल भौतिकी : निरीक्षणात्मक खगोल भौतिकीच्या जोडीनेच सैद्धांतिक खगोल भौतिकीचेही अध्ययन चालू आहे. परंतु या विषयाचे निरीक्षणात्मक आणि सैद्धांतिक असे परंपरागत विभाग पाडणे तितकेसे सोयीचे राहिलेले नाही. निसर्गाचे नियम व पद्धती यांच्या सैद्धांतिक चर्चेतून विश्वाच्या गुणधर्मांसंबंधी अंदाज करणे शक्य होते. असे काही अंदाज निरीक्षणांती खरेही ठरले आहेत. तसेच काही आविष्कारांचा सैद्धांतिकांना अंदाज आला नव्हता. उदा., ए. डब्ल्यू. हिल्टनेर आणि जे. एस्. हॉल यांनी लावलेला अतिदूरच्या ताऱ्यांच्या प्रकाशाच्या आंतरतारकीय ध्रुवणाचा शोध अनपेक्षित होता.

वेध घेण्यासाठी यामिकी, यंत्रतंत्र, प्रकाशकी, इलेक्ट्रॉनीय तंत्र इ. भौतिकीय तंत्राचा उपयोग होतो. त्याचप्रमाणे सिद्धांत मांडण्यासाठी गणितीय तंत्राचे अवलंबन करतात. या सर्व साधनांमुळे ताऱ्यांचे संघटन व उत्क्रांती यांच्याबद्दल बहुमोल माहिती मिळाली आहे. यासंबंधात ताऱ्यांचे बाह्य वातावरण आणि त्यांची अंतर्रचना यांचा वेगवेगळा विचार करणे सोयीचे आहे.

ताऱ्यांचे बाह्य वातावरण : याचे तीन भाग पडतात. अखंड वर्णपट जेथे उत्पन्न होतो ते दीप्त्यंबर वा दीप्तिगोल, त्याच्या वरचे कमी तापमानाचे वर्णांबर (वर्णगोल) (यात फ्राउनहोफर यांना शोध लावलेल्या शोषणरेखा उत्पन्न होतात) आणि सर्वांत वरचा किरीट. दीप्त्यंबराचे प्रारण पुष्कळ अंशी कृष्ण पदार्थाच्या (प्रदीप्त होईपर्यंत तापविल्यास अखंड वर्णपट देणाऱ्या पदार्थाच्या) प्रारणासारखे असते म्हणून कृष्ण पदार्थाच्या प्रारणांसंबंधीचे नियम त्यास लावता येतात. ताऱ्याच्या अखंड वर्णपटातील निरनिराळ्या तरंगलांब्यांच्या किरणांची (प्रारणांची) तीव्रता (B_v) मोजून, त्यांना प्लांक यांचा सिद्धांत

Bv = (2πh_ν³/c²) / (e^hν/kT – 1)

(येथे h प्लांक स्थिरांक, v  कंप्रता, c प्रकाश वेग, k बोल्टस्‌मान स्थिरांक व T तापमान ).

लागू केल्यास ताऱ्याच्या वातावरणाचे वर्णतापमान T_c काढता येते. तसेच संपूर्ण वर्णपटातील ऊर्जा मोजून, त्यास श्टेफान-बोल्टस्‌मान नियम U=σT⁴ (U प्रती सेकंदाला प्रत्येक चौ. सेंमी. पृष्ठभागापासून बाहेर पडणारी ऊर्जा, σ श्टेफान स्थिरांक, T तापमान) लावून ताऱ्याचे ऊर्जानुसारी तापमान काढता येते. ताऱ्याची निरपेक्ष दीप्ती L आणि त्रिज्या R आहे असे समजून L=4πσ R²T_u⁴ (T_u ऊर्जानुसारी तापमान) असे समीकरण लिहितात. अशा रीतीने सूर्याच्या पृष्ठभागाचे तापमान ५,८०० ° के. येते. इतर ताऱ्यांचे वर्णतापमान T_c काढता येते, पण त्यांची त्रिज्या माहीत नसल्याने T_u काढता येत नाही. परंतु त्यांची ऊर्जानुसारी प्रत माहीत असल्यास T_u = T_c घालून त्यांची त्रिज्या काढता येते  [→ उष्णता प्रारण].

वरील दोन प्रकारांव्यतिरिक्त अतीव्र वर्णपटरेखांची रुंदी मोजून गत्यानुसारी तापमान T_k एखाद्या अणूच्या निरनिराळ्या ऊर्जास्तरांपासून उत्पन्न होणाऱ्या वर्णपटरेखांची तीव्रता मोजून उत्तेजित अवस्थादर्शक तापमान T_ex आणि आयनीभूत व अनायनीभूत अणूंच्या वर्णपटरेखांची तुलना करून आयनीकरण तापमान T_ion काढता येते. या शेवटच्या पद्धतीत मेघनाद साहा यांच्या आयनीकरण समीकरणाचा उपयोग करावा लागतो [→ वर्णपटविज्ञान ].

प्रारण संक्रमण समीकरण : ताऱ्याच्या वातावरणात खोलीबरोबर तापमान, दाब इ. प्रचल (विशिष्ट परिस्थितीत स्थिर राहणाऱ्या राशी) कसे बदलत जातात हे समजण्यासाठी ताऱ्याच्या वातावरणातून प्रारणाचे संक्रमण कसे होते हे सिद्धांतरूपाने माहीत करून घ्यावे लागते त्याकरिता पुढील प्रारण संक्रमण समीकरण वापरतात:

येथे I_ν ही ν कंप्रतेच्या प्रारणाची विशिष्ट तीव्रता, Z वातावरणातील खोली, ρ घनता, μ = cos θ (θ बाह्यदिशेशी होणारा प्रारणाचा कोन), Kν शोषणांक, σ_ν प्रकीर्णनांक व p (μ´, μ) हे प्रकीर्णन फलन (गणितीय संबंध) आहे. ताऱ्यांच्या वातावरणात पुष्कळ अंशी ऊष्मागतिक समतोल स्थिती असते, म्हणून σ_ν शून्य समजता येतो. याशिवाय वातावरणास करड्या पदार्थाचे (ज्याचा शोषणांक स्थिर असतो अशा पदार्थाचे) गुणधर्म लागू पडतात, असे मानल्यास Kν = K हा कंप्रतेवर अवलंबून नसलेला अंक होतो. तेव्हा dT = K ρd Z ही प्रकाशीय