天文学在二十世纪的发展是空前的。现代物理学和现代技术的发展，使天体物理学成为天文学的主流，经典的天体力学和天体测量学也有新的发展，人们对宇宙的认识达到了空前的深度和广度。
    十九世纪中叶诞生的天体物理学，一跃而成为天文学的主流；二十世纪四十年代后期打开了射电天窗，兴起了一门利用波长从毫米到米的电磁辐射研究天体的新学科；六十年代，航天时代的到来，使天文学冲破了地球大气的禁锢，人类开始到大气外去探测宇宙；天文学开始成为全波段的宇宙科学，使我们得以考察大到150亿光年空间深度的天象，并追溯早于150亿年前的宇宙事件。
    二十世纪天文学进入了黄金时代，人们可以阐明地球、太阳和太阳系的来龙去脉、星系的起源和星系的演化、宇宙的过去和未来、地外生命和地外文明等重大研究问题。
    从二十世纪在天体观测手段和技术、太阳系、太阳系以外天体研究等方面的成果，即可显现天文学研究的发展。

   现代发射望远镜

如果说19世纪下半叶是折射望远镜的时代，20世纪上半叶巨型反射望远镜则占了上风。反射望远镜的东山再起是因为磨制材料的改进，用玻璃代替金属，德国和法国率先独立地制成了玻璃镀银的反射镜。1897年一架91厘米的反射镜在英国诞生了。

太阳望远镜
    日冕是太阳周围一圈薄薄的、暗弱的外层大气，它的结构复杂，只有在日全食发生的短暂时间内，才能欣赏到，因为天空的光总是从四面八方散射或漫射到望远镜内。

1930年第一架法国天文学家李奥研制的日冕仪诞生了，这种仪器能够有效地遮掉太阳，散射光极小，因此可以在太阳光普照的任何日子里，成功地拍摄日冕照片。从此以后，世界观测日冕逐渐兴起。

日冕仪只是太阳望远镜的一种，20世纪以来，由于实际观测的需要，出现了各种太阳望远镜，如色球望远镜、太阳塔、组合太阳望远镜和真空太阳望远镜等。

太阳塔又名塔式望远镜，是太阳物理观测的基本工具。外形是塔式建筑，通常高20米以上，塔的顶部安装定天镜，它将入射的太阳光线垂直向下反射，进入成像光学系统和附属仪器。太阳塔通常建为双层结构，除顶部有定天镜外，中间安置太阳望远镜成像光学元件，在塔底或地下竖井内设置大型太阳摄谱仪和其他附属仪器。

20世纪初期人类还不能完全捕捉到天体释放出辐射的电磁波谱，这是当时天文学家的遗憾。第一个发现来自宇宙无线电波的是美国电信工程师央斯基（1905~1950）。他在研究短波通信中各项干扰因素时，发现了一种来源不明的电波，并发现它的方向似乎和太阳相关，但不完全与太阳运动一致，可能是虽恒星变化而变化的，而且来自于太阳系以外的固定点，经过观测得出这个固定源在天空的坐标，指出了它的方向与银河系中心接近。人类捕捉到了来自太空的无线电波，射电天文学从此诞生了。这是天文学发展史上的又一次飞跃，从此人类认识宇宙的窗口从可见光波段转到射电。第二次世界大战结束后，一大批研究雷达的科技人员把雷达技术应用到宇宙射电的研究中，射电天文学进入了蓬勃发展的时代。目前世界上口径最大的射电望远镜固定在地球上，利用地球的转动来改变指向，这就是1963年安装在波多黎各的阿雷西博射电天文台的著名抛物面射电望远镜，是美国国立天文台和电离层研究中心的主要设施。它可作雷达使用，还可以用来绘制金星、水星、火星和木星、土星的卫星雷达图。

    红外辐射是60年代被发现的，红外天文学的研究在地面和高空以及外层空间全面展开。红外波观察绝对温度四千度以下的天体，包括太阳系中的行星、卫星和彗星，红外辐射可以提供关于恒星的出生和死亡的宝贵知识。第一颗红外天文卫星于1983年升空，它是美国、英国、荷兰共同研制的，上面装有一架60厘米的红外望远镜，它发现了三十多万个新天体。

    研究太阳
    太阳系一直是天文学研究的主要对象，20世纪太阳系天文学研究有了突飞猛进的发展。1957年太空时代到来以前，人类用传统的天文学方法，对太阳、行星、彗星等天体做了精细的研究，获得了大量天体化学组成和物理状态的知识，1957年人类进入太空时代以后，各种各样的人造天体遨游太阳系，对月球、九大行星极其卫星、彗星等天体做直接探测，1969年人类登上月球进行实地考察，人类开创了运用研究地球的方法研究行星的新纪元，人类也用各种航天器从空间对太阳进行各种考察，观测手段和研究方法的变革，带来了天文学发展史上的深刻变革。

为了专门研究太阳，1905年美国在加利福尼亚的威尔逊山修建了一所很大的天文台，后来逐渐发展成为美国最大、最著名的天文台。第一任台长海尔与他的同事们对太阳黑子做了详细的研究，发现太阳黑子也有南北极，而且磁极方向还发生周期性变化，继而研究太阳的普遍磁场，指出这种磁场比黑子磁场要弱得多，并测得其两极的强度是50高斯。同时在20世纪初期科学家们对太阳耀斑做了观察，证明了太阳耀斑是一种很普遍的太阳现象，其来势凶猛，能量浩大，在短暂的一二十分钟内就能够释放出巨额能量，而且辐射种类繁多，它包括可见光、紫外、红外、X射线、Y射线和射电辐射，还有冲击波、高能粒子流，乃至宇宙射线，这些现象顷刻间从耀斑区域倾泻而出，十分壮观。由于耀斑的发生对地球有直接的巨大影响，所以对其研究已经成为当代太阳物理的重大课题之一。

通过对月球物理研究，得出月球表面覆盖着一层类似火山灰的尘埃，月面暴露在太阳光下几天后，温度可达100度。人们对火星的研究更为关注，对火星的颜色做了详细研究，发现火星上“海洋”的颜色随季节的变化而不同，认为这是火星上的植物随季节变化而造成的枯荣现象。经过反复观测，断定火星大气中氧和水蒸气的含量不会超过地球上相应面积含量的几千分之一，这表明火星上存在高级形式生命的可能性极小，并且测得火星的大气压最多只有65毫米水银柱，后来又发现火星大气中有微量的二氧化碳，确认火星的极冠是由冰组成的。通过对地球的近邻——金星的观测表明，金星具有浓密的大气，并有变幻莫测的气象现象，天文学家们测得金星表面向着太阳一面的平均温度高达+66度，赤道地区可达+95度。当然现在我们知道金星表面温度还要高得多。20世纪初通过给木星和土星拍照，发现它们各区域的颜色也表现出重大差别，木星的大气主要成分氢和氦，土星的光环上可能覆盖着温度很低的冰晶。人们还发现了冥王星、木星的几颗卫星。

前苏联的“月球号”探月计划，首次拍得月球背面照片，据此天文学家绘制了世界第一张月背图。该计划的实施，使月球有了自动科学站，由地面站操纵，在月球上自动执行考察任务。

对月球的太空探测，使人类对它的认识进入了崭新阶段，对月球的深层研究开始。

人们研究太空行星是从地球开始的。发射的人造天体都不同程度对地球做了多种考察，提供了大量新资料，精确测定其形状、获得监测天气图，非常清楚地知道了地球是怎样“工作”的。
    人类关注的第二颗行星是火星。这颗红色的星球自古以来就对天文学家有一种诱惑力，它是我们地球的邻居。1964年美国“水手4号”拍摄了火星照片，发现了火星表面有不少像月球上那样的环行山，1971年发现火星上有巨大的火山、峡谷和宽敞的河床，还特别做了生物探测实验，结果表明火星上不存在生命。  

令人诧异的是，木星的磁场方向与地球的磁场方向相反，而且距木星1400至700万千米的广大空间均为木星的磁场，比地球磁层大得多，证实木星上有极光。木星上有浓密的大气，大气中有一系列与赤道平行的明暗交替分布的云带，云带结构复杂。在彩云密布的木星表面，尤其引人引人注目的是大红斑，它位于木星赤道以南，呈卵形，色泽异常鲜艳，从此有了连续的观测记录。从观测记录上人们发现有些年代大红斑色彩鲜艳，有些年代显得暗淡，有时只能隐约可见其轮廓。还发现大红斑原来是朝逆时针方向猛烈转动的大气旋，现在科学家们认为，大红斑是耸立于高空、嵌在层内的强劲旋风，可能含有磷化物。对木卫星也做了考察。土星以它那无与伦比的美丽光环而著称，早在空间探测以前，人们就知道土星环分为5层，后来又发现有7层，它们是由成千上万小环组合而成的，看起来像一张巨大的唱片，又像螺旋转动的波浪。由于土星中心有流动的金属氢，所以土星有磁场。在土星的大气照片上看出，土星上还具有太阳系中最强劲的风暴，云层运动速度高达480千米/秒。确认土星是太阳系中卫星最多的行星。

  通过观测天王星掩星天象，发现了天王星环，测量了天王星大气温度轮廓，压力随温度变化，发现天王星具有与木星类似的磁层和辐射带，探测出天王星本体半径的1/2是大气，1/4是海洋，最中心的1/4是岩石。