3. 행성 천문학
행성 천문학은 행성, 위성, 왜행성, 혜성, 소행성, 기타 태양을 공전하는 다른 천체들과 외계 행성 집단들을 연구한다. 태양계는 상대적으로 연구가 많이 이루어졌고, 과거에는 관측 도구로 망원경을 이용했으나 최근에는 우주 탐사선이 많은 역할을 하고 있다. 이런 탐사로 태양계의 형성과 진화에 많은 지식을 얻게 되었으며 새로운 사실들이 계속 발견되고 있다.
태양계는 내행성, 소행성대, 외행성으로 크게 세 부분으로 나눌 수 있다. 내행성계로 일컫는 지구형 행성들로는 수성, 금성, 지구, 화성이 있다. 바깥쪽으로 공전하는 외행성계는 가스행성들로 이루어져 있으며, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성으로 구성되어 있다. 해왕성 너머로는 카이퍼대가 존재하고, 가장 바깥쪽에는 최대 1광년에 이르는 거리까지 오르트 구름이 펼쳐져있다.
행성들은 원시 태양을 두르고 있던 원시행성계 원방에서 생겨났다. 중력의 의한 끌어당김, 충돌, 강착 과정을 통하여 원반에 있던 물질들은 큰 덩어리들로 자라났으며 이후 원시행성들로 진화했다. 태양풍에 의한 복사압으로 인해 덩어리로 뭉치지 못한 물질들은 쓸려 나갔고, 자기가 지닌 가스 대기를 잃지 않을 정도로 무거운 천체들만 살아남았다. 살아남은 행성들은 계속 커지거나 극심한 충돌로 자기가 갖고 있던 물질을 방출하기도 했다. 이런 극심한 충돌의 증거는 달이나 수성 등에 있는 많은 충돌구를 통해서 알 수 있다.
행성들은 충분한 질량을 획득한 뒤, 무거운 물질은 행성의 중심부로 가라앉고 가벼운 물질은 위에 남는 행성 구별화(Planetary Differentiation)의 과정을 겪게 된다. 이 과정을 통해 행성들의 중심에는 철이나 석질의 중심핵이 형성되고, 그 위는 가벼운 물질로 이루어진 맨틀이 형성되었다. 핵 부위는 고체나 액체 성분을 지니고 있으며, 일부 행성의 중심핵은 고유의 자기장을 형성하는 원인이 된다. 이런 자기장은 행성의 대기를 태양풍으로부터 보호하며, 벗겨져 나가지 않게 한다.
행성이나 위성들의 내부열은 이들을 만들었던 물체(방사선물질, 우라늄, 토륨 등) 들끼리 충돌하여 발생한 열과 조석가속으로 인해 생겨났다. 일부 천체들의 경우 화산이나 지가 운동 등 지질학적 활동이 생겨날 정도의 열을 간직하게 되었다. 이들 중에 대기를 갖는 천체는 바람이나 물로 인하여 지각의 침식 과정을 겪는다. 질량이 작은 천체들은 빠르게 식었고, 충돌구 생성을 제외한 일체의 지질학적 활동을 멈췄다.
4. 항성 천문학
보통 불규칙한 외형의 성운 형태와는 달리 개미성운 중심부의 죽어가는 별에서 분출하는 가스는 좌우 대칭형의 구도를 보여준다. 이처럼 항성 및 그들의 진화과정을 아는 것은 우주를 이해하는데 매우 중요한 역할을 한다. 천체물리학은 관측 및 이론, 항성 내부 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 항성 연구에 기여해 왔다.
항성의 생성은 거대 분자구름으로 알려진 먼지와 가스의 밀도가 높은 곳에서 시작된다. 분자구름이 불안정해지면 중력 때문에 붕괴하면서 여러 조각들로 나뉘게 되고, 각각의 조각들은 원시별을 형성한다. 중심핵 부분에서 밀도가 높고 뜨거워지면 핵융합 작용이 시작되며, 주계열성이 탄생한다. 수소와 헬륨, 리튬보다 무거운 원소들을 중원소라고 하는데, 이들은 항성의 내부에서 만들어진 것들이다.
주계열성을 벗어난 항성의 진화 과정은 주로 별의 질량에 의해 결정된다. 별의 질량이 클수록 더욱 밝아지며 중심핵에서 수소연료를 더 빨리 태운다. 시간이 지나면서 별이 갖고 있던 수소가 헬륨으로 모두 바뀌면 항성은 진화하기 시작한다. 헬륨 융합이 일어나기 위해서는 중심핵의 온도가 더 뜨거워져야 하기 때문에 항성의 중심핵 밀도는 증가하며, 부피도 커지게 된다. 질량이 매우 큰 별들은 헬륨보다 무거운 원소들을 태우는 진화의 단계를 따로 걷게 된다.
