天文学
歴史

詳細は「天文学史」を参照
はるか昔、文字によって歴史が記されるようになる前の時代、天文学は肉眼による天体の観察と位置の予測だけであった。ときにストーンヘンジのような巨大な人工物がこの目的のために作られることもあり、それは儀式の舞台だけでなく、季節を知り植物の種まきをする時期を定めるために1年の長さを決定する天文台の役割を果たしたと推察されている。
古代になり、文字で記録や歴史が残される時代になっても、星の研究はもっぱら肉眼で行われた。しかし文明が発達するとともに、バビロニア・中国・エジプト・ギリシア・インド・中央アメリカなどで天文台が建設され、宇宙の根元についての考察が発展を始めた。ほとんどの初期天文学は、恒星や惑星の位置を記す、現在では位置天文学と呼ばれるものだった。これらの観測から、惑星の挙動に対する最初のアイデアが形成され、宇宙における太陽・月そして地球の根源が哲学的に探求された。「地球は宇宙の中心にあり、太陽・月・星々が周囲を廻っている」と考えられた。この考え方は、クラウディオス・プトレマイオスから名を取って「プトレマイック・システム (Ptolemaic System)」と呼ばれる。
数学的または科学的な天文学は、初期段階における非常に重要な進展だった。これらはバビロニアの人々によってもたらされ、後に多くの文明へと展開していく天文学の潮流を創り上げたものだった。バビロニアの天文学（英語版）では、月食が一定の期間で再度起こることをサロス周期として発見した。
紀元前164年のハレー彗星の出現を記録しているバビロニアの粘土板。
月の天体暦と満月の日付の表を載せているバビロニア粘土板（en:Oriental Institute (Chicago)所蔵）
宵の明星、金星に関して、24年間にわたり、日付と位置を表形式で記録している粘土板（シカゴOriental Institute所蔵）
バビロニアの粘土板で、紀元前323年-322年の天体観測や気象観測の記録日誌の一部であり、アレクサンダー大王が死んだということを記述している箇所。（大英博物館所蔵）
バビロニアの後、古代ギリシアとヘレニズム世界において天文学はさらに進歩した。ギリシア天文学はその初期段階から、天球における天体の回転運動を物理的に説明することを目指した点を特徴とした。紀元前3世紀、アリスタルコスは地球の大きさと、月や太陽の大きさと距離を計算し、太陽中心説による太陽系モデルを提案した。紀元前2世紀にはヒッパルコスが歳差を発見し、月の大きさと距離を計算し、アストロラーベのような初期の天文学装置を発明した。ヒッパルコスはまた、1020個の星とギリシア神話の神々の名に由来する北半球の星座のほとんどについて、詳細なカタログを作成した。紀元前150〜80年ごろ制作のアンティキティラ島の機械は、特定の日における太陽や月および星々の場所を計算するよう設計された、初期のアナログ計算機である。ヨーロッパにおいて、これに匹敵する制作技術の再興は14世紀の機械式天文時計の登場を待たなければならなかった。
中世の時代、天文学は少なくとも13世紀になるまでヨーロッパでは停滞し、替わってイスラム世界などほかの地域で発展した。イスラムでは、9世紀初頭までに最初の天文台が建設され、これが寄与した。964年にはアブドゥル・ラフマーン・スーフィーによって局所銀河群最大の銀河であるアンドロメダ銀河が天の川の中から発見され、著作『星座の書』に記録された。1006年、非常に明るい等級で輝いた超新星SN 1006は、エジプトのアラビア人天文学者アリ・イブン・リドワンや、中国の天文学者らによって記録された。バッターニー、サービト・イブン・クッラ、アブドゥル・ラフマーン・スーフィー、アブー・マアシャル、アブー・ライハーン・ビールーニー、ザルカーリー、ビールジャンディー（英語版）らイスラム世界の天文学者（ほとんどがペルシャやアラブ人）や、マラーゲ天文台（英語版）、ウルグ・ベク天文台などは、科学の発展に大きく寄与した。彼らが用いた星の名は、多くが現在に引き継がれている。
これらの他にも、グレート・ジンバブエ遺跡やトンブクトゥに天体観察をする建物があったという推察もある。以前、ヨーロッパ人は植民地化される前のブラックアフリカでは天文観察は行われなかったと考えていたが、近年の発見はこの思い込みを覆しつつある。
（惑星運行の理論に関しては）ヨーロッパ中世では、地球を中心にして太陽や他の惑星が回っているとする説（地球中心説、geocentric model）が信じられていて、惑星の逆行に関しては周転円で説明していた。
ルネサンス期、ニコラウス・コペルニクスは、太陽を中心に惑星が回っているとする説（太陽中心説、heliocentricism）を提唱した。彼の説はガリレオ・ガリレイとヨハネス・ケプラーの支持を得た。
（観測法に関しては）ガリレオは望遠鏡を使うことで天体観測に革新をもたらした。
ヨハネス・ケプラーは1609年刊行のASTRONOMIA NOVA（邦訳名『新天文学』）において、従来の「惑星は完全な円の軌道で動く」という理論を超える「楕円の軌道で動く」という説を提唱した。そしてケプラーの法則も発表した。ただし、初めて太陽を中心とした惑星の各運動について、その詳細を説明することに挑んだが、その理論体系を構築するまでには至らなかった。それに成功したのはアイザック・ニュートンであり、天体力学と引力 gravitation の法則（万有引力の法則 law of universal gravitation）を導き出し、惑星運動に関する理論体系を構築してみせた。ニュートンはまたニュートン式望遠鏡（ニュートン方式の反射望遠鏡）も発明した。
ヨハネス・ケプラーのASTRONOMIA NOVA（『新天文学』）1609年刊行。ラテン語。惑星は楕円運動をしていると提唱し、ケプラーの法則の第一と第二を発表した書物。
ASTRONOMIA NOVAのp.132。ケプラーが、理論間の比較をしてみせているページ。上はコペルニクスが提唱した太陽中心説を解説する図、中段はプトレマイオス的な「周転円」理論の図、下段がティコ・ブラーエの観測データに基づいて導かれた実際の軌道の図。
ニュートンの『自然哲学の数学的諸原理』の中の、万有引力が太陽・地球・月の間にもたらす力を分析している図。Qが太陽、Sが地球、Pが月、PADBは月の軌道...などと解説している。
ニュートンが製作した二つ目の反射望遠鏡のレプリカ（王立協会所蔵）
さらなる発見には、望遠鏡の大きさと性能の向上が寄与した。大規模な星の一覧はニコラ・ルイ・ド・ラカーユが作成した。ウィリアム・ハーシェルは星雲と星団の詳細な一覧をまとめ上げ、1781年には天王星新発見を成し遂げた。。初めての星までの距離測定は、1839年にフリードリヒ・ヴィルヘルム・ベッセルが視差を用いてはくちょう座61番星までの距離を求めたことにさかのぼる。18〜19世紀には、レオンハルト・オイラー、アレクシス・クレロー、ジャン・ル・ロン・ダランベールが三体問題に取り組み、月や惑星の動きに関する予測精度が増した。この仕事はジョゼフ＝ルイ・ラグランジュとピエール＝シモン・ラプラスによってより洗練され、月や惑星の摂動からこれらの質量を計算できるようになった。
分光器と写真など新技術の導入によって、天文学はさらなる大幅な進歩を遂げた。1814〜15年にヨゼフ・フォン・フラウンホーファーは、分光した太陽光線の中に約600の帯を発見し、1859年にはグスタフ・キルヒホフによってこれらから異なる元素が存在することを説明した。夜空の星々が太陽と同じ恒星であることも明らかになったが、それらの温度や質量、そして大きさは広い範囲に分布することも分かった。こうした分光学の発展は、のちに天体物理学へと発展する基礎となった。
地球が存在する天の川銀河が、ほかから切り離されたある星の集団ということが判明したのは1924年のことで、エドウィン・ハッブルによってであり、その外には無数の銀河が存在すること、そして1929年には同じくハッブルによって宇宙が膨張していることが次々と分かり、人類の宇宙に対する認識（≒宇宙観）がどんどん変革した。1958年にはヤン・オールトによって、天の川銀河が渦巻き状をしていることが判明した。
1957年にはスプートニク1号が人類史上はじめて宇宙へと打ち上げられた人工衛星となり、これ以降人類は大気圏外の事象を直接観測する手段を手に入れた。こののちアメリカ合衆国とソヴィエト連邦によって宇宙開発競争が始まり、1960年代から1970年代にかけては両国の人工衛星が続々と打ち上げられ、宇宙空間の知見が急速に集積した。1959年にはソヴィエトがルナ1号によって月探査を初めて成功させ、ついでアメリカのマリナー計画やソヴィエトのベネラ計画、マルス計画などによって内太陽系の調査は徐々に進んでいった。外太陽系も、1973年にはパイオニア10号が木星を初探査、1979年にはパイオニア11号が土星を初探査した。1977年に打ち上げられたボイジャー2号は1986年に天王星、1989年に海王星を初探査し、この両惑星における貴重なデータをもたらした。1990年には初の地球大気圏外の望遠鏡としてハッブル宇宙望遠鏡が打ち上げられ、これにより地上での観測よりもはるかに詳細なデータの入手が可能になった。
宇宙空間に浮かび大気の影響を受けずに観測ができるハッブル宇宙望遠鏡