Астрофизика изучает физическую природу космических тел (плотность, температура, масса, состав, возраст небесных тел, их образование, взаимодействие и развитие между собой). Исследуя природу космических явлений и тел и растолковывая ее, астрофизика основывается на законах физики. Материал для астрофизических изучений дают астрофизические наблюдения.
Практически все, что нам известно о далеких небесных телах, получено методом изучения не сильный потоков электромагнитных волн, приходящих от них на Землю (см. Электромагнитное излучение небесных тел). И свет, и радиоволны, и рентгеновское излучение — все это электромагнитные волны с разной длиной волны. Для астрофизиков принципиально важно извлечь из приходящего электромагнитного излучения как возможно больше информации. Для этого исследуют спектр источника, т. е. создают спектральный анализ электромагнитного излучения небесных тел. Показавшийся во второй половине XIX в. спектральный анализ скоро «вошел» в астрономию, и лишь с этого времени возможно сказать о рождении астрофизики. Посредством спектрального анализа произошло измерить температуру, выяснить состав небесных тел, удаленных от нас на огромные расстояния.
Предстоящее развитие спектрального анализа связано с удачами теоретической и экспериментальной физики, каковые разрешили отыскать поглощения света и законы излучения атомами. Спектральный анализ был пригодным для определения всех наиболее значимых физических черт космических объектов. Заберём, к примеру, светящиеся тучи тёплого межзвездного газа (см. Межзвездная среда). По их спектру возможно определить плотность и температуру газа, его состав, скорости перемещения отдельных частей туч а также количество межзвездной пыли, которая поглощает проходящий через нее свет. Отечественные знания о звездах кроме этого во многом основываются на спектральном анализе. Спектры звезд разрешают выяснить температуру, химический состав и плотность их воздухов, определить расстояние до звезд и их светимость, измерить скорость перемещения звезд по лучу зрения и скорость их вращения около оси, оценить напряженность магнитного поля звезд (если оно достаточно сильное), распознать присутствие оболочек тёплого газа около звезд. Без результатов спектрального анализа было бы нереально рассчитывать внутреннее строение звёзд и Солнца, определить массу, звёздный состав и возраст звездных совокупностей.
Глубокие астрофизические изучения были бы немыслимы, если бы наблюдатели не обучились совершенно верно измерять энергию излучения астрономических объектов. Сперва такие измерения проводились на глаз, при визуальных наблюдениях с телескопом. После этого были созданы особые способы измерений посредством астрономической фотографии. Но созданы и активно используются уже другие приемники излучения (фотоэлектрические), каковые по чувствительности к точности и свету измерений световых потоков существенно превосходят лучшие сорта фотоэмульсий.
Возможности астрофизики существенно расширились за последние 2—3 десятилетия благодаря бурному формированию «астрономии невидимого» — наблюдений электромагнитного излучения с этими длинами волн, на которых оно не воспринимается глазом.
Первыми из «невидимых» волн были освоены радиоволны (см. Радиоастрономия). Для приема космических радиоволн созданы бессчётные совокупности радиотелескопов. Радионаблюдения разрешили с огромной точностью
измерить расстояние до Солнца и планет, «посмотреть» под непрозрачный слой туч Венеры, «заметить» с больших расстояний облака тёплого межзвездного газа, недоступные для оптических телескопов. Радиоастрономия открыла возможность наблюдения и весьма холодного межзвездного газа, излучающего спектральные линии в радиодиапазоне. Радиогалактики, квазары, пульсары — все эти объекты были открыты по их радиоизлучению.
Замечая небо в инфракрасных лучах, астрофизики измеряли собственное излучение планет, заметили весьма юные звезды через пылевую завесу, не пропускающую света, открыли ядра галактик с замечательным инфракрасным излучением, запечатлели излучение слабо нагретой межзвездной пыли.
Для наблюдения неба в рентгеновских гамма лучах и-лучах было нужно поднять приемники излучения за пределы плотных слоев воздуха — для этих лучей слой воздуха над Почвой совсем непрозрачен. Исходя из этого рентгеновская гамма астрономия и-астрономия начали развиваться только с наступлением космической эры, т. е. совсем сравнительно не так давно. Но уже на данный момент возможно сказать о наиболее значимых открытиях, к каким привели эти наблюдения: были открыты, к примеру, рентгеновские источники, «рассыпанные» по всему небу; найдено излучение тёплого и весьма разреженного газа в пространстве между галактиками.
Опираясь на богатый материал астрофизических наблюдений и применяя узнаваемые законы физики, ученые стремятся глубже разобраться в тех сложных физических процессах, каковые происходят в разных областях Вселенной. А процессы эти разыгрываются подчас в весьма необыкновенных с отечественной, земной точки зрения условиях. В космическом пространстве возможно найти как вещество с огромными температурами, так и очень холодный газ. Лишь в космическом пространстве возможно замечать излучение газа с ничтожной плотностью, при которой в количестве земного шара содержится менее килограмма вещества. Лишь в мире звезд возможно встретить тела с фантастической плотностью, какую имеют только ядра атома. Весьма сильные магнитные магнитных звёзд и поля пульсаров и предельно не сильный поля межзвездного пространства, излучение стремительных частиц, летящих фактически со скоростью света, самоуправляемые термоядерные реакции в звездах, источники огромной энергии в галактиках — все это возможно замечать, измерять, изучать астрофизическими способами. Астрофизика не только применяет новые открытия современной физики, но и сама содействует ее формированию. «Для астрофизиков космос есть продолжением физической лаборатории, где углубленно изучаются наиболее значимые физические законы, создаются и проверяются новые теории и физические представления», — писал узнаваемый коммунистический астрофизик С. Б. Пикельнер.