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天文学是以观测为基础的科学。与其他学科的实验方法不同，天文观测是一种被动的实验，通常观测的对象距离观测者极其遥远，本身的尺度极大，演化时标极长，而且往往涉及到一些极端的物理条件，如高温、高密度、强磁场等等，这些条件通常在地面的实验室中是很难模拟和再现的。天文学家经常遵循“观测——理论——观测”的方法来进行研究，即提出理论来解释一些天文现象，然后再根据新的观测结果，对原来的理论进行修正或者用新的理论来代替。