普通天文学/基础天体物理学
艾萨克·牛顿创立了万有引力定律、运动定律和微积分。万有引力定律可以用以下公式概括：
其中 和 是两个质量，以千克为单位，而 是万有引力常数 。 是两个质量中心之间的距离，以米为单位。 以牛顿为单位。
功用以下公式计算：
其中 是功（以焦耳为单位）， 是力（以牛顿为单位），而 是距离（以米为单位）。
动能（运动能量）用以下公式计算：
其中 是质量（以克为单位），而 是速度。
牛顿相对论：一个人以1 公里/小时的速度步行，他以3 公里/小时的速度投出一个球。要获得球的速度，只需将速度相加： .
热力学第一定律指出，能量既不能创造也不能毁灭，只能转化为两种形式之一：能量和物质。
宇宙中有四大基本力：引力，将星系和其他大质量结构结合在一起；电磁力，将原子结合在一起；核力，将原子核结合在一起；以及弱力，与元素的嬗变和放射性衰变有关。核力是最强的力，而引力是最弱的力。如果没有这些力，宇宙将会瓦解。
引力导致质量吸引质量。质量更大的物体具有更强的引力场。
电磁力可以用“异性相吸”来概括，它允许原子相互键合，创造出构成我们经验的各种各样的化合物。带正电的原子核吸引带负电的电子。静电力根据库仑定律计算。
核力的强弱取决于距离。在 1 到 2×10−15 米的距离内，核力表现为引力。然而，如果距离过近（小于 10−15 米），核力则表现为斥力；在超过 2×10−15 米的距离后，核力会减弱到零。
原子的概念最早由希腊哲学家德谟克利特提出。他认为物质不能无限分割，所有的物质都由可以分割的连接粒子构成，但这些粒子本身不可分割。这些不可分割的粒子被称为原子。这个词源于希腊语 atomos，意思是“不可分割”——a（不）+ tomos（切）。 [1]
元素周期表由德米特里·门捷列夫在 1869 年创建（并在 1871 年进行了修订）。人工元素具有放射性，半衰期很短。
核反应被分为临界反应和超临界反应。临界反应是指一个中子进入，一个中子出去。超临界反应是指一个中子进入，三个中子出去，释放出巨大的能量。超临界反应被应用于原子武器。
核聚变是巨大的能量来源，但需要 100 万开尔文的温度。
所有原子都由粒子构成。粒子以质量、电荷和自旋为特征。粒子的自旋可以是右手（逆时针）或左手（顺时针）。
原子的中心是原子核，其中包含一定数量的质子和中子，电子围绕原子核运行。使电子保持运行轨道的力是电力；使原子核保持在一起的力是核力。
在中性原子中，质子和电子的数量相等。例如，氦原子核有两个质子和两个绕核运行的电子。它还有两个中子。当电子数量大于质子数量，或反之，则该原子被称为离子，它更容易与其他离子或原子反应，因为它具有净电荷。
电子带负 (-) 电荷，质子带正 (+) 电荷。中子、中微子和光子不带电。其中质量最大的是中子；它可以衰变成质子、电子和中微子。粒子由夸克组成。六种夸克分别是上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、顶夸克和底夸克。
反物质是由保罗·狄拉克预测的。每个粒子都有一个反粒子，它们具有相同的质量，但电荷和自旋相反。有反电子/正电子、反质子、反中微子和反光子。（反光子与光子的自旋相同）。当一个粒子遇到它的反粒子时，就会发生相互湮灭，并产生能量。相反的也是正确的：当两个光子相遇时，会产生物质。这种物质的产生被称为“对产生”。
如果存在反物质恒星，它们发出的光将与物质恒星发出的光相同，因为反光子与光子相同。
天文学研究的是能量流动和力。能量主要来自两个来源：气体云坍缩形成恒星和行星的引力；以及核能。使恒星燃烧的聚变是核能的一种类型；另一种是加热行星核心的放射性衰变。
地球有磁场。地核有电流。这个场会导致北极光。
频率和波长与光速的关系由公式表示
其中 是频率， 是波长， 是光速。
光子是离散的光能包。要计算光子的能量，使用公式
是普朗克常数
是频率，单位为
爱因斯坦著名的方程式，，表明质量和能量可以相互转化。 是能量， 是质量， 是光速，.
"人类永远无法知道的是恒星的化学成分。"--奥古斯特·孔德，19 世纪哲学家
他错了！
基尔霍夫和本生发现，单个元素以不同的颜色燃烧。不同的颜色对应于不同的光波长。发射的光的颜色可以记录在照相板上。这被称为元素的发射光谱，它对每一种已知元素都是唯一的。因此，任何已知的实验室元素都可以通过对其“光谱”进行研究来确定。
需要解释为什么不同的元素会发射不同的光波长，以解释如何确定恒星的成分。单个元素具有独特的质子数。如果你从左到右遵循元素周期表，你会发现前几行中的原子序数每次增加 1。氢是最小的元素，因为它只有一个质子。氦是第二小的元素，因为它有两个质子，等等。
因此，这些元素中的每一个都具有不同的电子和质子数量。假设这些元素都是中性的，那么每个后续元素都比前一个元素多一个电子。例如，氦有两个电子，而氢只有一个电子。
电子绕原子核运行。它们可以被描述为具有与之相关的能级。特定元素中的电子只能占据特定的能级或壳层。当元素被加热时，会输入能量，这些能量被分配给这些电子，因此它们会移动到更高的能级。当这个电子回到其原始能级时，通过热量获得的能量必须丢失。电子通过发射光子（光包）来失去这种能量。
这个光子将具有使电子回到其确切原始状态所需的能量。可以使用 E=hf 计算这种能量，其中 E 是能量，h 是普朗克常数，f 是单个光子的频率。虽然粒子具有频率似乎很奇怪，但它确实具有，因为波粒二象性。
从上面可以看出，由于每个元素的电子只能占据特定的能级，因此发射的光子的频率只能具有特定的值。
从方程 c = f * lambda 中，其中 c 是光速，它几乎总是相同的，f 是频率，lambda 是波长，可以看出，由于 c 是常数，每个元素只发射具有特定频率的光子，因此会发出具有特定波长和颜色 的光子。
由于我们接收到的来自恒星的光是各种颜色的组合，因此不可能使用实验室技术通过使用发射光谱来定义元素。然而，还有另一种方法。例如，如果我们查看太阳的发射光谱，就不会有单个元素的“条形码”签名，而是会出现一个连续光谱，就像纸上的彩虹。这个“连续”光谱将具有一些黑线，这些黑线代表光的波长被吸收而不是被太阳的光球层发射。正是在这些线中，我们可以推断出恒星的化学成分。
人们发现，恒星连续光谱中的黑线与某些元素的发射线完全对应。它们的存在表明恒星中存在这些元素，因为这些元素会发射与被吸收的光波长相同的波长，因此会显示为一个明显的黑线。它以集中光束的形式接收这种光，但将其向各个方向发射。如果你想象光线是一包 20 支标枪，击中特定位置的元素，该元素将分别将这些标枪扔回周围，因此地球方向发射的光量微不足道或不存在，因此我们在发射光谱中观察到暗线。
量子物理学是一个相对较新的物理学分支，它处理非常小的物体，例如原子和夸克。它遵循与经典（或“牛顿”）物理学不同的规则。虽然牛顿物理学假设能量可以无限细分，并且物体可以具有任意小的能量，但量子物理学处理发射或吸收称为量子化的离散能量包的物体，这些能量包不能再细分。经典物理学假设连续性，而量子物理学假设宇宙是离散的。
马克斯·普朗克被认为是“量子理论之父”。
1913 年，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔利用欧内斯特·卢瑟福关于原子核的研究和马克斯·普朗克的量子假设，创造了一种原子的量子理论。该理论指出，原子的电子只能在特定的轨道上移动。当氢原子发射一个 Hα 光子时，电子会下降到一个较低的轨道。当氢原子接收一个光子时，它会跳到一个更高的轨道。
氢光谱已被研究用于紫外线（莱曼系）和可见光（巴尔末系）。在莱曼发射系列中，电子从较高轨道下降到 n=1 轨道。在巴尔末发射系列中，它从较高轨道下降到 n=2 轨道。（n=1 是电子最低的能量状态或轨道，称为主量子数。）电子从 n=2 移动到 n=1 产生的能量变化会导致电子发射能量为 10.2 eV 的光子，并且出现在光谱的紫外部分。电子从 n=3 移动到 n=2 产生的能量变化会导致电子发射（H-alpha）能量为 1.89 eV 的光子，并出现在光谱的红色部分。
氢原子中的能级可以通过以下公式计算：
其中 代表电子的轨道。
1929 年，路易·德布罗意王子因其物质波理论获得诺贝尔奖。
爱因斯坦的等效原理表明，引力会导致空间弯曲。他发现空间的弯曲决定了物质的运动方式。因此，引力可以被认为是宇宙“形状”的结果，而不是力的向量。这就是爱因斯坦的运动定律。根据广义相对论，光也应该受到引力的影响。这种现象已经在引力透镜的研究中得到证实。