Астрофизика — раздел астрономии, изучающий физическое строение и развитие небесных тел. Астрофизика включает разделы: физика Солнца, физика Луны и планет, физика комет и метеоров, физика звёзд и межзвёздной среды, физика галактик, физика газовых туманностей, релятивистская астрофизика и другие разделы. До начала космической эры единственным средством познания природы небесных тел являлось изучение электромагнитного излучения, испускаемого этими телами (кроме непосредственного изучения состава и структуры упавших на Землю метеоритов).

Земная атмосфера пропускает излучение в двух очень ограниченных спектральных «окнах»: «оптическое окно» — с длинами волн от 300 нм до 5 мкм с небольшими окнами прозрачности в инфракрасной области (8—14 и 17—22 мкм); «радиоокно» — от нескольких миллиметров до 30 метров. Всё излучение с длинами волн короче 300 нм поглощается газами атмосферы Земли: озоном, кислородом и азотом, защищающими всё живое на Земле от губительного действия солнечного ультрафиолетового излучения. За «радиоокном» ионосфера Земли задерживает и отражает более длинноволновое излучение.

Излучение небесных тел несёт значительную информацию. Задача астрофизики — изыскание способов регистрации этой информации, её истолкования и получение выводов о природе небесных тел. Так, линии поглощения или излучения, обнаруживаемые в спектрах, говорят о химическом составе небесных тел. Изучение относительных интенсивностей линий в спектрах позволяет определять температуры, господствующие в атмосферах Солнца и звёзд. Измерение положения линий в спектрах (определение смещений спектральных линий, обусловленных эффектом Доплера) говорит о скорости движения небесных тел по лучу зрения (от нас или к нам). Изучение характера линий поглощения или излучения (контуры линий) позволяет делать заключения о процессах в атмосферах звёзд (скорости турбулентных движений, плотности атмосфер), о характере вращения звёзд, о магнитных полях Солнца и звёзд. По спектрам звёзд можно определять концентрации электронов в их атмосферах.

Технические средства наземной астрофизики непрерывно совершенствуются. Основными приборами являются телескопы, снабжённые спектрографами, фотометрами, поляриметрами, фотокамерами с использованием фотоэлектрической техники, электронной оптики и телевидения. С появлением стратостатов начали использоваться стратоскопы — телескопы, устанавливаемые на стратостатах. Большое количество астрофизической информации получают при помощи радиоастрономических инструментов. В 1970-е гг. стали развиваться наблюдения излучения в области 8—14 мкм. Здесь водяные пары относительно прозрачны. Эта область стала доступна в связи с появлением чувствительных приёмников инфракрасного излучения, охлаждаемых до очень низких температур (–269°C — температура жидкого гелия). В этой спектральной области уверенно измеряются температуры поверхности Луны и планет по их собственному тепловому излучению, регистрируются «холодные» звёзды, составлена подробная тепловая карта Луны.

Подъём телескопов на стратостатах на высоту 20—40 километров снимает значительную часть атмосферных помех. Кроме того, на высоте 40 километров несколько раздвигается в ультрафиолетовую сторону оптическое окно, что позволяет наблюдать спектры звёзд до 200 нм.

Первый искусственный спутник Земли (запущен в СССР 4 октября 1957 г.) открыл новую главу астрофизики — внеатмосферную, или космическую. Стало возможным проводить исследования во всех диапазонах длин волн электромагнитного излучения. Уже на 2-м советском искусственном спутнике Земли стояли приборы, исследующие ультрафиолетовое излучение Солнца в коротковолновой области. После этого в СССР начались систематические исследования ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца на спутниках типа «Электрон», «Космос», «Интеркосмос», «Прогноз» и других. Специально оборудованные для достаточно длительных наблюдений Солнца (в т.ч. солнечных спектров) «солнечные обсерватории» систематически запускаются в США. На искусственных спутниках Земли, снабжённых звёздными фотометрами и небольшими телескопами, оборудованными для спектрофотометрических и спектрографических наблюдений, проводится регистрация УФ излучения.

Чувствительные приёмники рентгеновского излучения, установленные на ракетах и искусственных спутниках Земли, зарегистрировали излучение, идущее от Солнца, особенно интенсивное во время солнечных вспышек, а также от многих галактических и внегалактических объектов. Приборы, установленные на космическом аппарате «Луна-12», открыли рентгеновское излучение поверхности Луны как вторичный эффект флуоресценции вещества на поверхности Луны под действием рентгеновского излучения Солнца во время солнечных вспышек. Исследование гамма-излучения, идущего от вещества Луны и зафиксированного приборами космического аппарата «Луна-12», позволило установить характер горных пород на поверхности Луны. Есть сведения, что гамма-излучение идёт и от Солнца в периоды его высокой активности. Источниками мощных кратковременных всплесков гамма-излучения являются нейтронные звёзды. В связи с бурным развитием исследований в области рентгеновского и гамма-излучения сформировался специальный раздел астрофизики — астрофизика высоких энергий.

Установленная на межпланетных космических аппаратах научная аппаратура с инфракрасными, ультрафиолетовыми и другими датчиками и фототелевизионные приборы позволили провести уникальные исследования Луны, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна. Космические аппараты, находящиеся в различных точках межпланетного пространства и на Луне, при помощи одновременных наблюдений дают весьма важные сведения о солнечном ветре, о структуре межпланетного пространства и процессах, происходящих в нём при проявлениях солнечной активности.

Расширил возможности для астрофизических наблюдений запуск в 1990 году на околоземную орбиту космического телескопа «Хаббл».

С развитием космонавтики в астрофизике находят решение новые задачи: исследование свойств лунного грунта для обеспечения безопасной посадки на Луне космических аппаратов; изучение характеристик атмосферы Марса для выбора способа торможения космического аппарата при посадке на планету; исследование атмосферы Венеры, сложной структуры колец Сатурна и т.д. Астрофизические наблюдения используются службой предупреждения для обеспечения безопасности космонавтов в полёте (например, сообщаются данные о возникновении солнечных вспышек, сопровождающихся появлением жёсткого корпускулярного излучения, представляющего радиационную опасность для космонавтов, особенно выходящих в открытое космическое пространство).