Zmerané vzdialenosti hviezd, prevyšujúce niekoľko stotisícnásobne vzdialenosť Slnka od Zeme, dokázali správnosť predstavy, že hviezdy sú v skutočnosti vzdialené slnká. Pozornosť astronómie v polovici minulého storočia sa tak sústredila predovšetkým na výskum Slnka a hviezd. Pri astronomických pozorovaniach sa pritom začala využívať fotografia, spektroskopia a spektrálna analýza. Zavedenie týchto fyzikálnych metód do astronomickej praxe znamenalo súčasne začiatok nového odvetvia astronómie - astrofyziky, ktorá pomocou známych fyzikálnych zákonov umožnila vysvetliť stavbu, zloženie a vlastnosti nebeských telies.

Metódu, ktorou sa dajú získať fotografické snímky na kovové dosky, objavil roku 1839 Francúz Louis Jacques Mandé Daguerre (1789-1851): obraz zachytený optickým systémom na striebornú platňu, na ktorú pôsobili jódové pary, stáva sa trvalo viditeľným pomocou ortuťových pár. Tento vynález - dagerotypia - stal sa základom neskoršej fotografickej techniky. Podmienkou na získanie kvalitného obrazu však bola dokonalá optika. Zdokonalením dagerotypie a konštrukciou bezchybných fotografických objektívov sa zaoberal vo Viedni slovenský fyzik Jozef Maximilián Petzval (1807-1891), narodený v Spišskej Belej. Roku 1840 skonštruoval achromatický trojšošovkový objektív s veľkou svetelnosťou na základe vlastného teoretického výpočtu.

Dagerotypia sa začala ihneď využívať na astronomické pozorovania. Prvú kvalitnú fotografiu Slnka urobili roku 1845 v Paríži Arnaud Hippolite Louis Fizeau (1819-1896) a Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868). Na Harvardskom observatóriu vyfotografoval William Cranch Bond (1789-1859) ako prvý roku 1850 hviezdu Vega. Jeho syn George Philip Bond (1825-1865) dosiahol roku 1850 veľmi kvalitný obraz Mesiaca a roku 1857 prvú fotografiu dvojhviezdy (Mizar). August Ludwig Busch (1804-1855) prvý vyfotografoval slnečnú korónu pri zatmení Slnka roku 1851, prvé fotografie slnečných protuberancií sa získali roku 1858.

Súbežne s rozvojom fotografických metód sa konštruovali väčšie a kvalitnejšie ďalekohľady. Roku 1845 írsky astronóm lord Rosse (sir William Parsons, 1800-1867) uviedol do činnosti svoj veľký reflektor s kovovým zrkadlom priemeru 183 cm. Objavil ním prvú známu špirálovú hmlovinu M 51 v Poľovných psoch (1845), zistil prstencový tvar planetárnych hmlovín a preskúmal tvar Krabej hmloviny (1848).