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20세기 동안 천문학은 확장되어 천체의 성질을 이해하고 천체의 형성과 진화, 그리고 복사선 방출을 조절하는 물리적 과정을 이해하는 데 필요한 물리적·화학적 지식을 적용하는 천체물리학을 포함하게 되었다. 가장 큰 규모의 현상과 관련된 우주론은 우주의 진화를 연구하는 것이다. 우주론은 거의 순수 이론적인 활동에서 천체물리학에 의해서 시험하고 예측할 수 있는 현대 과학으로 전환되었다. 커다란 발전에도 불구하고 천문학은 본질적으로 실험에 의한 과학이라기보다는 관찰에 의한 과학이다. 온도·압력·화학조성과 같은 양을 조절할 수 없으며, 거의 모든 측정은 관심 있는 천체로부터 매우 멀리 떨어진 곳에서 이루어진다.
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