Avant l'invention de la photographie, les astronomes observaient et prenaient des notes à l'aide de leurs yeux. Galilée, par exemple, a consigné sur papier la position de Jupiter et de ses quatre principales lunes. Cependant, les notes prises à la main étaient lentes et sujettes à des erreurs. Après l'invention de la photographie, les astronomes ont enfin disposé d'un outil pour enregistrer leurs observations en temps réel. En analysant les photos, les astronomes peuvent étudier en détail à quoi ressemblent les étoiles, leur température, leur vitesse de mouvement, et même analyser leur âge et la composition de leurs éléments chimiques. À cette fin, les astronomes ont conçu divers appareils photo spéciaux, dont les photos peuvent être divisées en trois grandes catégories : la photographie de la forme des objets célestes (imagerie), la photographie du spectre des objets célestes (spectroscopie) et la photographie de l'évolution des objets célestes au fil du temps (variabilité). Grâce à ces photos, nous pouvons voir des étoiles, des nébuleuses et des galaxies sous toutes leurs formes, étudier leur structure, par exemple la structure du noyau des galaxies spirales, des bras spiraux et de l'enveloppe environnante, et comprendre leur composition chimique et leur état physique, tels que les éléments qu'elles contiennent et leur température. Nous pouvons également utiliser des photos prises à différents moments pour observer les variations de leur luminosité.
Les photos d'étoiles prises par les astronomes ne peuvent généralement pas être utilisées directement. Elles doivent faire l'objet d'un traitement et d'une analyse complexes avant que des conclusions fiables puissent être tirées. La théorie de base utilisée par les astronomes pour analyser les photos d'objets célestes est le mécanisme de rayonnement des objets célestes. Le rayonnement, en général, se réfère aux ondes électromagnétiques émises par les objets célestes. Ces ondes sont produites par les atomes et les molécules qui composent la matière des objets célestes dans différentes conditions physiques. Différentes lumières correspondent à différents mécanismes de rayonnement et à différentes compositions chimiques. Par exemple, les astronomes déterminent la température, la pression et la composition chimique de la surface du soleil en photographiant son spectre, puis en utilisant un modèle de rayonnement de sa surface et un modèle de structure atmosphérique.
Vous pourriez peut-être rapidement vous poser la question : pourquoi utiliser la photographie plutôt que la vidéo ? C'est parce que, à l'exception de certains objets célestes spéciaux comme le soleil, la plupart des objets célestes arrivant sur Terre émettent une lumière très, très faible. Avec notre niveau de technologie actuel, il est impossible d'obtenir des vidéos claires. Pour prendre une photo claire, les astronomes ont souvent besoin d'une exposition d'une heure ou plus. Ce n'est qu'ainsi qu'ils peuvent accumuler suffisamment de photons pour constituer des informations suffisantes pour une analyse scientifique. On peut dire que le développement de l'astronomie moderne repose sur une pile de photos d'étoiles. De la plaque photographique sèche en verre à quelques centaines de yuans par photo à l'appareil photo CCD à plusieurs centaines de milliers de yuans ; de quelques dizaines de mégaoctets de données par nuit à une photo contenant plus de cent mégaoctets de données. Derrière ces photos d'étoiles se cache le processus de développement de l'astronomie en combinaison avec d'autres disciplines.