普通天文學/基礎天體物理學
艾薩克·牛頓創立了萬有引力定律、運動定律和微積分。萬有引力定律可以用以下公式概括：
其中 和 是兩個質量，以千克為單位，而 是萬有引力常數 。 是兩個質量中心之間的距離，以米為單位。 以牛頓為單位。
功用以下公式計算：
其中 是功（以焦耳為單位）， 是力（以牛頓為單位），而 是距離（以米為單位）。
動能（運動能量）用以下公式計算：
其中 是質量（以克為單位），而 是速度。
牛頓相對論：一個人以1 公里/小時的速度步行，他以3 公里/小時的速度投出一個球。要獲得球的速度，只需將速度相加： .
熱力學第一定律指出，能量既不能創造也不能毀滅，只能轉化為兩種形式之一：能量和物質。
宇宙中有四大基本力：引力，將星系和其他大質量結構結合在一起；電磁力，將原子結合在一起；核力，將原子核結合在一起；以及弱力，與元素的嬗變和放射性衰變有關。核力是最強的力，而引力是最弱的力。如果沒有這些力，宇宙將會瓦解。
引力導致質量吸引質量。質量更大的物體具有更強的引力場。
電磁力可以用“異性相吸”來概括，它允許原子相互鍵合，創造出構成我們經驗的各種各樣的化合物。帶正電的原子核吸引帶負電的電子。靜電力根據庫侖定律計算。
核力的強弱取決於距離。在 1 到 2×10−15 米的距離內，核力表現為引力。然而，如果距離過近（小於 10−15 米），核力則表現為斥力；在超過 2×10−15 米的距離後，核力會減弱到零。
原子的概念最早由希臘哲學家德謨克利特提出。他認為物質不能無限分割，所有的物質都由可以分割的連線粒子構成，但這些粒子本身不可分割。這些不可分割的粒子被稱為原子。這個詞源於希臘語 atomos，意思是“不可分割”——a（不）+ tomos（切）。 [1]
元素週期表由德米特里·門捷列夫在 1869 年建立（並在 1871 年進行了修訂）。人工元素具有放射性，半衰期很短。
核反應被分為臨界反應和超臨界反應。臨界反應是指一箇中子進入，一箇中子出去。超臨界反應是指一箇中子進入，三個中子出去，釋放出巨大的能量。超臨界反應被應用於原子武器。
核聚變是巨大的能量來源，但需要 100 萬開爾文的溫度。
所有原子都由粒子構成。粒子以質量、電荷和自旋為特徵。粒子的自旋可以是右手（逆時針）或左手（順時針）。
原子的中心是原子核，其中包含一定數量的質子和中子，電子圍繞原子核執行。使電子保持執行軌道的力是電力；使原子核保持在一起的力是核力。
在中性原子中，質子和電子的數量相等。例如，氦原子核有兩個質子和兩個繞核執行的電子。它還有兩個中子。當電子數量大於質子數量，或反之，則該原子被稱為離子，它更容易與其他離子或原子反應，因為它具有淨電荷。
電子帶負 (-) 電荷，質子帶正 (+) 電荷。中子、中微子和光子不帶電。其中質量最大的是中子；它可以衰變成質子、電子和中微子。粒子由夸克組成。六種夸克分別是上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、頂夸克和底夸克。
反物質是由保羅·狄拉克預測的。每個粒子都有一個反粒子，它們具有相同的質量，但電荷和自旋相反。有反電子/正電子、反質子、反中微子和反光子。（反光子與光子的自旋相同）。當一個粒子遇到它的反粒子時，就會發生相互湮滅，併產生能量。相反的也是正確的：當兩個光子相遇時，會產生物質。這種物質的產生被稱為“對產生”。
如果存在反物質恆星，它們發出的光將與物質恆星發出的光相同，因為反光子與光子相同。
天文學研究的是能量流動和力。能量主要來自兩個來源：氣體雲坍縮形成恆星和行星的引力；以及核能。使恆星燃燒的聚變是核能的一種型別；另一種是加熱行星核心的放射性衰變。
地球有磁場。地核有電流。這個場會導致北極光。
頻率和波長與光速的關係由公式表示
其中 是頻率， 是波長， 是光速。
光子是離散的光能包。要計算光子的能量，使用公式
是普朗克常數
是頻率，單位為
愛因斯坦著名的方程式，，表明質量和能量可以相互轉化。 是能量， 是質量， 是光速，.
"人類永遠無法知道的是恆星的化學成分。"--奧古斯特·孔德，19 世紀哲學家
他錯了！
基爾霍夫和本生髮現，單個元素以不同的顏色燃燒。不同的顏色對應於不同的光波長。發射的光的顏色可以記錄在照相板上。這被稱為元素的發射光譜，它對每一種已知元素都是唯一的。因此，任何已知的實驗室元素都可以透過對其“光譜”進行研究來確定。
需要解釋為什麼不同的元素會發射不同的光波長，以解釋如何確定恆星的成分。單個元素具有獨特的質子數。如果你從左到右遵循元素週期表，你會發現前幾行中的原子序數每次增加 1。氫是最小的元素，因為它只有一個質子。氦是第二小的元素，因為它有兩個質子，等等。
因此，這些元素中的每一個都具有不同的電子和質子數量。假設這些元素都是中性的，那麼每個後續元素都比前一個元素多一個電子。例如，氦有兩個電子，而氫只有一個電子。
電子繞原子核執行。它們可以被描述為具有與之相關的能級。特定元素中的電子只能佔據特定的能級或殼層。當元素被加熱時，會輸入能量，這些能量被分配給這些電子，因此它們會移動到更高的能級。當這個電子回到其原始能級時，透過熱量獲得的能量必須丟失。電子透過發射光子（光包）來失去這種能量。
這個光子將具有使電子回到其確切原始狀態所需的能量。可以使用 E=hf 計算這種能量，其中 E 是能量，h 是普朗克常數，f 是單個光子的頻率。雖然粒子具有頻率似乎很奇怪，但它確實具有，因為波粒二象性。
從上面可以看出，由於每個元素的電子只能佔據特定的能級，因此發射的光子的頻率只能具有特定的值。
從方程 c = f * lambda 中，其中 c 是光速，它幾乎總是相同的，f 是頻率，lambda 是波長，可以看出，由於 c 是常數，每個元素只發射具有特定頻率的光子，因此會發出具有特定波長和顏色 的光子。
由於我們接收到的來自恆星的光是各種顏色的組合，因此不可能使用實驗室技術透過使用發射光譜來定義元素。然而，還有另一種方法。例如，如果我們檢視太陽的發射光譜，就不會有單個元素的“條形碼”簽名，而是會出現一個連續光譜，就像紙上的彩虹。這個“連續”光譜將具有一些黑線，這些黑線代表光的波長被吸收而不是被太陽的光球層發射。正是在這些線中，我們可以推斷出恆星的化學成分。
人們發現，恆星連續光譜中的黑線與某些元素的發射線完全對應。它們的存在表明恆星中存在這些元素，因為這些元素會發射與被吸收的光波長相同的波長，因此會顯示為一個明顯的黑線。它以集中光束的形式接收這種光，但將其向各個方向發射。如果你想象光線是一包 20 支標槍，擊中特定位置的元素，該元素將分別將這些標槍扔回周圍，因此地球方向發射的光量微不足道或不存在，因此我們在發射光譜中觀察到暗線。
量子物理學是一個相對較新的物理學分支，它處理非常小的物體，例如原子和夸克。它遵循與經典（或“牛頓”）物理學不同的規則。雖然牛頓物理學假設能量可以無限細分，並且物體可以具有任意小的能量，但量子物理學處理發射或吸收稱為量子化的離散能量包的物體，這些能量包不能再細分。經典物理學假設連續性，而量子物理學假設宇宙是離散的。
馬克斯·普朗克被認為是“量子理論之父”。
1913 年，丹麥物理學家尼爾斯·玻爾利用歐內斯特·盧瑟福關於原子核的研究和馬克斯·普朗克的量子假設，創造了一種原子的量子理論。該理論指出，原子的電子只能在特定的軌道上移動。當氫原子發射一個 Hα 光子時，電子會下降到一個較低的軌道。當氫原子接收一個光子時，它會跳到一個更高的軌道。
氫光譜已被研究用於紫外線（萊曼系）和可見光（巴爾末系）。在萊曼發射系列中，電子從較高軌道下降到 n=1 軌道。在巴爾末發射系列中，它從較高軌道下降到 n=2 軌道。（n=1 是電子最低的能量狀態或軌道，稱為主量子數。）電子從 n=2 移動到 n=1 產生的能量變化會導致電子發射能量為 10.2 eV 的光子，並且出現在光譜的紫外部分。電子從 n=3 移動到 n=2 產生的能量變化會導致電子發射（H-alpha）能量為 1.89 eV 的光子，並出現在光譜的紅色部分。
氫原子中的能級可以透過以下公式計算：
其中 代表電子的軌道。
1929 年，路易·德布羅意王子因其物質波理論獲得諾貝爾獎。
愛因斯坦的等效原理表明，引力會導致空間彎曲。他發現空間的彎曲決定了物質的運動方式。因此，引力可以被認為是宇宙“形狀”的結果，而不是力的向量。這就是愛因斯坦的運動定律。根據廣義相對論，光也應該受到引力的影響。這種現象已經在引力透鏡的研究中得到證實。