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토성의 고리가 수없이 많은 아주 작은 입자들로 구성되어 있다는 사실을 확인했다. 어린시절부터 천문학에 관심이 있었고, 1881년 피츠버그 앨러게니 천문대의 유명한 천문학자인 S. P. 랭글리의 조수가 되었다. 1866~91년 캘리포니아 해밀턴 산의 릭 천문대 연구원으로 있었으며, 분광관측 분야를 맡았다.

그의 탁월한 업적은 오리온 성운의 팽창률을 측정한 것과 이 성운이 우리은하 내에 있다는 증거를 보여준 것이다. 1891년 앨러게니 천문대 대장이 되었으며, 여기서 토성의 고리에 대한 연구를 했다. 1898년 릭 천문대의 대장으로 돌아와서 그 당시에 들여온 크로슬리 36in(인치) 굴절망원경으로 12만 개의 은하에 대해서 사진관측을 수행했다.

이 연구결과는 크로슬리 망원경이 희미한 천체를 찍는 데 가장 뛰어나며, 나선은하가 우리가 관측할 수 있는 우주의 범위 내에서 가장 일반적인 은하라는 사실을 보여주었다.