В России для изучения точных положений звёзд, под Петербургом, на Пулковском холме, была построена Главная астрономическая обсерватория, первым директором которой был В. Я. Струве. Обсерватория была открыта в 1839 году. По своему оборудованию она намного превосходила все другие астрономические обсерватории мира. Мощные инструменты позволяли вести массовые наблюдения звёзд.
В Пулковской обсерватории В. Я. Струве установил многие особенности нашей звёздной системы — Галактики. Он открыл, что в Галактике, помимо больших небесных тел — звёзд, очень много космической пыли и газа.
Замечательные результаты работ Пулковской обсерватории уже тогда создали ей славу «астрономической столицы мира».
Интересные исследования Галактики были проведены в Казанском университете. Здесь астроном М. А. Ковальский, изучавший общие особенности нашей звёздной системы, впервые высказал мысль о её вращении. В двадцатых годах нашего столетия выводы Ковальского получили полное подтверждение, вращение Галактики было установлено.
Дальнейшее развитие знаний о вселенной было связано с возникновением в середине XIX столетия новой науки — астрофизики. Открытие переменных звёзд, меняющих свой блеск, задачи изучения физических особенностей небесных тел потребовали создания новых специальных методов и приборов. Достижения физики в XIX веке привели к возникновению спектрального анализа.
Луч света, прошедший через трёхгранную стеклянную призму, разлагается на свои составные части, образуя так называемый спектр, вид которого зависит от состояния светящегося тела. Если светится раскалённое твёрдое тело или большая толща газа (в этом случае плотность газа значительна), то спектр имеет вид разноцветной полоски, в которой цвета непрерывно переходят друг в друга. Такой спектр называется непрерывным или сплошным спектром. Если же свет идёт от раскалённых газов и паров, находящихся под небольшим давлением, то спектр имеет вид отдельных ярких линий и называется линейчатым спектром. Каждый химический элемент, будучи в раскалённом парообразном состоянии, даёт строго определённый линейчатый спектр; по этому виду спектра можно судить о химическом составе источника света.
Исследования показали, что в спектрах Солнца и звёзд видны многочисленные тёмные линии. Причину появления этих линий в 1858 году впервые объяснил немецкий физик Кирхгоф. Он нашёл, что если свет от источника, дающего сплошной спектр, пропустить через слой холодного газа, то газ поглотит те лучи спектра, которые он сам излучает в раскалённом состоянии. Кирхгоф заключил отсюда, что тёмные линии спектра Солнца получаются из-за того, что газы солнечной атмосферы поглощают лучи, идущие из более глубоких и более раскалённых слоёв Солнца. То же самое происходит и в атмосферах звёзд. Это и позволяет определить, какие химические элементы находятся на Солнце и звёздах.