Принцип Доплера открыл Белопольскому широкие возможности для исследований в области звездной Вселенной. Однако на пути всех этих исследований стояло одно «но», с которым надо было считаться. Известно, что для звуковых волн принцип Доплера довольно легко проверяется экспериментально, но для световых волн этот принцип в лабораторных условиях еще никем не был подтвержден. Вот почему применимость принципа Доплера к световым явлениям некоторыми учеными ставилась под сомнение. Короче говоря, нужен был лабораторный эксперимент, который доказал бы применимость принципа Доплера к световым явлениям, независимо от каких-либо теоретических построений. И эту экспериментальную проверку принципа Доплера реализовал Белопольский.
Казалось, что на пути эксперимента стоит непреодолимая трудность. В лабораторных условиях нужно было развить колоссальную скорость источника света: только при этом условии будет заметно смещение спектральных линий. Вот тут и пригодилась конструкторская «жилка» Белопольского.
После мучительных исканий и разного рода технических проектов выход, наконец, был найден, причем самым простым и неожиданным образом. Ученый сконструировал прибор, позволяющий в лабораторных условиях имитировать движение источника света с чрезвычайно большой скоростью, порядка сотен километров в секунду. Для этой цели он применил систему зеркал, которые являются гранями двух вращающихся в противоположных направлениях барабанов с параллельными осями. Последовательное отражение луча света от движущихся зеркал производило такой же эффект, как если бы перемещался сам источник света. Когда скорость источника достигла 700 метров в секунду, Белопольский измерением обнаружил сдвиг линий спектра отраженного солнечного луча. Наблюдаемый сдвиг был в полном согласии с принципом Доплера. После опытной проверки принцип Доплера стал законом и не вызывал больше сомнений при его применении к световым явлениям.
Опираясь на принцип Доплера, как на закон, Белопольский изучил скорость многих звезд по лучу зрения, или, как говорят, их лучевую скорость. Так, исследуя строение колец Сатурна путем измерения лучевых скоростей, ученый пришел к выводу, что эти кольца не сплошные и состоят из множества отдельных спутников, обращающихся по третьему закону Кеплера вокруг планеты.
Интересы Белопольского не исчерпываются сказанным выше. Ряд исследований он посвятил новым звездам, вспыхнувшим в конце XIX и начале XX века. Он оставил работы о скорости вращения Солнца, о природе и строении комет и т. д. Ученый много потрудился над совершенствованием астрономической техники и в этом направлении сделал ряд изобретений. Он опубликовал 273 научные работы. Это был труженик науки в самом высоком смысле слова. Ослепнув к концу жизни на один глаз, Аристарх Аполлонович не прекращал работы до последнего вздоха.