До изобретения фотографии астрономы наблюдали и записывали свои наблюдения с помощью рисунков. Галилео, например, записывал положение Юпитера и его четырёх главных спутников на бумаге. Однако рисунки были медленным и неточным способом записи наблюдений. После изобретения фотографии астрономы наконец получили инструмент для записи наблюдений в режиме реального времени. Анализируя фотографии, астрономы могут подробно изучать внешний вид звёзд, их температуру, скорость движения и даже возраст и химический состав. Для этого астрономы разработали специальные фотоаппараты, снимки с помощью которых можно разделить на три основные категории: съёмка формы небесных тел (изображение), съёмка спектра небесных тел (спектроскопия) и съёмка изменений небесных тел во времени (фотометрия). Благодаря этим фотографиям мы можем увидеть разнообразные звёзды, туманности и галактики, изучить их структуру, например, центральную структуру спиральных галактик, спиральные рукава и структуру окружающего их гало; мы можем узнать их химический состав и физическое состояние, например, какие элементы они содержат и какова их температура; а также изучить изменения их яркости с течением времени.
Фотографии звёзд, сделанные астрономами, часто не могут быть использованы напрямую. Для получения надёжных выводов требуется сложная обработка и анализ. Основной теоретической основой для анализа фотографий небесных тел является механизм их излучения. Под излучением понимается электромагнитная волна, испускаемая атомами и молекулами, составляющими небесное тело, при различных физических условиях. Различные виды излучения соответствуют разным физическим механизмам и химическому составу. Например, астрономы определяют температуру, давление и химический состав поверхности Солнца, анализируя его спектр, а также модели его излучения и атмосферной структуры.
Вы, возможно, сразу зададите вопрос: почему используют фотографии, а не видеозаписи? Это связано с тем, что за исключением таких особых объектов, как Солнце, свет большинства небесных тел, достигающий Земли, очень слабый. При современном уровне технологий чёткая видеозапись пока невозможна. Астрономам часто требуется экспозиция в течение часа или дольше, чтобы собрать достаточно фотонов для анализа. Можно сказать, что развитие современной астрономии происходило на основе огромного количества фотографий звёзд. От стоимостью в сотни юаней фотографических стеклянных пластинок до миллионов юаней стоимостью CCD-фотокамер; от нескольких десятков мегабайт данных за ночь до сотен мегабайт данных за одну фотографию. За этими фотографиями звёзд стоит история развития астрономии в сочетании с другими науками.