Будучи участником научной экспедиции в г. Юрьевец для наблюдения солнечного затмения 19 августа 1887 года, ученый получил первоклассные фотографии короны Солнца, по которым можно судить о распределении яркости и внутренней структуре внешней солнечной оболочки.
Материал, относящийся к Солнцу, Белопольский положил в основу своей магистерской диссертации «Пятна на Солнце и их движение» (1887). Интересно, что в этой диссертации теоретические выводы ученый подтверждает весьма остроумным, им придуманным лабораторным экспериментом. Чтобы опытным путем подтвердить определенную закономерность в движении солнечных пятен, Белопольский брал стеклянный сферический баллон с жидкостью, в которую были помещены мелкие кусочки стеарина, и быстро вращал его. Эффект получился замечательный! Частички стеарина во вращающейся жидкости повторяли движение пятен на Солнце. Так удивительным образом законы гидродинамики «работали» на Белопольского!
В своей диссертации ученый самым убедительным образом показал, что на Солнце угловая скорость вращения убывает от экватора к полюсам. Ясно, что твердое однородное тело так вращаться не может. Это дало повод Белопольскому сделать вывод, что Солнце состоит из газов разной температуры и разной плотности.
Ученому исполнилось 34 года, когда он перешел на работу в Пулковскую обсерваторию. Для астронома это, конечно, много значило. Недаром когда-то ее называли «астрономической столицей мира».
Вскоре директором Пулковской обсерватории назначается Бредихин. Пульс деятельности обсерватории заметно усилился. Если до прихода Федора Александровича астрофизические работы стояли в тени, то под руководством нового директора они выдвигаются на первый план. Бредихин назначает Белопольского на должность астрофизика. Теперь интересы молодого ученого лежат в области звездной спектроскопии, где его ждут весьма фундаментальные открытия.
Еще в 1842 году австрийский физик Христиан Доплер установил свой знаменитый принцип, который в честь ученого называется «принципом Доплера». Суть его заключается в том, что при взаимном сближении или удалении источника звуковых колебаний и наблюдателя меняется частота звуковых колебаний, причем это происходит пропорционально скорости движения.
Сам Доплер полагал, что его принцип применим и для световых колебаний, но подтвердить это экспериментально не мог. Для световых колебаний принцип Доплера формулируется так: при движении источника света по лучу зрения должны смещаться линии в его спектре (по отношению к положению линий в спектре неподвижного источника), причем если источник света приближается к наблюдателю, то длина волны уменьшается, а линии спектра смещаются к фиолетовому концу спектра, если же источник света удаляется от наблюдателя, то длина световой волны увеличивается, а линии спектра смещаются к красному концу (эффект «красного смещения»).