Prima dell'invenzione della fotografia, gli astronomi osservavano e documentavano le loro scoperte con schizzi. Galileo, ad esempio, annotò la posizione di Giove e delle sue quattro lune principali su un foglio di carta. Tuttavia, gli schizzi erano lenti e imprecisi. Con l'invenzione della fotografia, gli astronomi hanno finalmente avuto uno strumento per registrare i loro osservatori in tempo reale. Attraverso l'analisi delle fotografie, gli astronomi possono studiare in dettaglio l'aspetto delle stelle, la loro temperatura, la velocità di movimento e persino la loro età e la composizione chimica. Per questo motivo, gli astronomi hanno progettato varie fotocamere speciali, le cui immagini possono essere suddivise in tre categorie principali: la fotografia della forma degli oggetti celesti (imaging), la fotografia dello spettro degli oggetti celesti (spectroscopy) e la fotografia della variazione degli oggetti celesti nel tempo (variabilità). Attraverso queste fotografie, possiamo vedere stelle, nebulose e galassie di varie forme, studiarne la struttura, come ad esempio la struttura del nucleo delle galassie a spirale, i bracci di spirale e la struttura dell'alone circostante; possiamo anche conoscere la loro composizione chimica e il loro stato fisico, come ad esempio gli elementi che contengono e la loro temperatura; inoltre, attraverso le fotografie scattate in momenti diversi, possiamo capire le variazioni della loro luminosità.
Le fotografie delle stelle scattate dagli astronomi spesso non possono essere utilizzate direttamente, ma richiedono un'elaborazione e un'analisi complesse prima di poter trarre conclusioni affidabili. La base teorica fondamentale utilizzata dagli astronomi per analizzare le fotografie degli oggetti celesti è il meccanismo di radiazione degli oggetti celesti. La radiazione, in generale, si riferisce alle onde elettromagnetiche emesse dagli oggetti celesti. Queste onde sono "luce" emessa dagli atomi e dalle molecole che costituiscono la materia degli oggetti celesti in diverse condizioni fisiche. Luci diverse corrispondono a meccanismi fisici e composizioni chimiche diverse. Ad esempio, gli astronomi determinano la temperatura, la pressione e la composizione chimica della superficie del Sole fotografando il suo spettro e utilizzando modelli della sua radiazione superficiale e della struttura atmosferica.
Forse ti verrà subito da chiedere perché si usa la fotografia anziché la videoregistrazione. Questo è dovuto al fatto che, a parte alcuni oggetti celesti speciali come il Sole, la maggior parte della luce degli oggetti celesti che raggiunge la Terra è molto, molto debole. Con il nostro attuale livello tecnologico, non è ancora possibile ottenere registrazioni video chiare. Per scattare una foto chiara, gli astronomi spesso hanno bisogno di un'esposizione di 1 ora o più. Solo in questo modo possono accumulare abbastanza fotoni per fornire informazioni sufficienti per l'analisi scientifica. Si può dire che lo sviluppo della moderna astronomia dipende da una serie di foto di stelle. Dalle lastre fotografiche di vetro di qualche centinaio di yuan cinesi a quelle di oggi, che costano centinaia di migliaia di yuan; dai dati di decine di megabyte per notte a quelli che contengono centinaia di megabyte per foto. Dietro queste foto di stelle, c'è un percorso di sviluppo dell'astronomia che integra altri campi di studio.