當39歲的夫瑯和費在1826年6月7日去世時，他留下的遺產不僅有那些精致的透鏡，而且還有許多神秘的譜線。后來在1859年，基爾霍夫和本生宣布發明光譜儀，于是有了一系列元素的發現。
一天傍晚，基爾霍夫和本生正在海德堡的實驗室工作，這時他們看見十英里遠處曼海姆城附近大火燃燒。他們把光譜儀瞄準大火，發現從火焰的譜線排列可以檢測到現場有鋇和鍶的存在，即使相隔這樣遠的距離。本生開始想到，有沒有可能讓光譜儀瞄準太陽光，檢測太陽有什么元素呢？他咕噥道：“但是人們會以為我們瘋了，竟然夢想做這樣的事情。”
1861年，基爾霍夫把這一想法付諸實驗，從太陽發出的光中，他成功地辨認了九種元素：鈉、鈣、鎂、鐵、鉻、鎳、鋇、銅和鋅。真是令人驚訝，天空中曾經被古人崇敬為神的巨大光源，竟然含有和地球完全一樣的元素。基爾霍夫打開了兩門新科學的大門——光譜學和天體物理學，同時在地球上的物理學與化學和統治恒星的物理學與化學之間建立了另一種聯系。這是又一個極好的例證，說明曾經被認為是完全分離的各個領域原來是互相聯系的。
1864年，一位名叫哈金斯（William Huggins，1824—1910）爵士的業余天文學家，首次把光譜儀對準深空天體。他是一位富人，擁有私人天文臺，配有望遠鏡，它們就位于倫敦的山上。他把光譜儀安裝在望遠鏡上，研究兩顆亮得可以用肉眼觀察的恒星所發出的譜線，這兩顆星是畢宿五（金牛座中的一等星）和參宿四（獵戶星座中的一等星）。他能夠辨認出鐵、鈉、鈣、鎂和鉍等元素的指痕印證。然后他又試著觀察一個星云，帶著懸念和敬畏的心情。他在雜志上寫道：“難道我不是在深入觀察創世這一神秘之處？”也許此刻他將為不同星云理論的對錯給出最終判決。
“我透過光譜儀，沒有期望中的光譜，只有一根明亮的譜線！……星云之謎就這樣解決了。答案就來自于光線本身，這就是，它不是大量恒星的集合體，而是發光的氣體。如果恒星遵從與太陽同樣的規律，并且屬于更亮的等級，就會給出不同的光譜，但這一星云的光顯然來自于一種發光氣體。”
遺憾的是，哈金斯一開頭就走錯了路，由于這顆星云是氣體狀的，他就假設所有的星云，包括橢圓形狀和旋臂形狀的星云，都是氣體組成的。但是，無論如何，第一次把光譜儀用在天文學上確實是一項驚人的成功。夫瑯和費線和光譜儀對天文學研究的意義就好比化石對地質學研究的意義，它們為氣體星云和恒星的溫度、組成以及運動提供了無比珍貴的信息。正如基爾霍夫證明的那樣，熱的、發光的、不透明的物體會發射連續光譜——彩虹所顯現的各種顏色，沒有譜線出現。然而，觀察一團冷卻的氣體，在光譜中就會出現吸收暗線。這些暗線揭示了氣體的化學成分。但是，如果從一個角度觀察氣體，看到的會是另一種不同模式。這些工具成了天文學家研究氣體星云的羅塞塔石碑。
約翰·赫歇爾是威廉·赫歇爾的兒子，他把他父親的星表擴展到南半球，庫此他做了大量的工作，他也是把攝影術用于天文學和測量太陽能輸出的一位先驅者。給恒星照相
約翰·赫歇爾是威廉·赫歇爾的兒子，他第一個認識到攝影術用于天文學的可能性。［其實，攝影術（photography）就是約翰·赫歇爾造的詞。］盡管攝影術發明于1826年，但直到19世紀40年代才開始在天文學中應用。一旦引入了這一新工具，攝影術很快就在天文學中流行起來，雖然如今又有計算機的加盟，但攝影術仍然是天文學的關鍵工具。當然，它的好處就是天文學家再也無須實時工作，他們可以從照片作出判斷，也可以在獲得照片后，在任意時間里與照相圖片打交道。
他們可以用放大鏡或望遠鏡聚焦在特殊的區域，比較不同時間拍攝的照片。它們留下的記錄之精確，為任何手工操作所不及，無論一個人的視覺有多敏銳。隨著攝影術這一媒介變得越來越方便，它可以讓底片在很長的時間里曝光，以捕捉那些甚至用望遠鏡往往也很難看到的對象。1889年，巴納德第一次拍攝到了銀河系。在以后的歲月里，攝影術成了天文學家越來越重要的工具，現在它已為考察和研究留下了浩瀚的圖像數據庫。
再次認識太陽
對我們來說，最近也是最重要的恒星當然是太陽，19世紀又有兩項發現，使我們增加了對太陽物理學的認識。1843年施瓦伯（Samuel Heinrich Sehwabe，1789—1875）宣布發現太陽黑子的周期性活動。伽利略曾經第一個檢測到太陽上有黑子存在，現在施瓦伯認識到它的周期性，這就為太陽的內部機制帶來了新的看法。這一發現標志著太陽物理學和天體物理學早期工作的開始。另一個出乎意料的成果是在太陽的組成中發現了一種新的元素，這種元素在地球上從未被檢測到過。1868年詹森（Pierre-Jules-Cesar Janssen，1824—1907）在研究太陽光譜線時第一次發現了氦的存在。
與此同時，開爾文勛爵和亥姆霍茲根據他們對太陽內部發光機制的考慮，認為地球的年齡最多是2000萬到2200萬年。但是，當時的地質學家和生物學家認為的地球年齡卻是差異極大。開爾文勛爵為了探詢地球的確切年齡，還研究了地磁學、水力學、地球的形狀和地球年齡的地球物理學測定方法。他很快發現自己正處于地球年齡爭議的中心，因為他估計的太陽年齡只有2000萬年，不足以為地球上的生物進化提供足夠時間，而諸如赫頓和萊伊爾等地質學家對地球歷史則有更長的估算。達爾文在提出進化論時采用的是萊伊爾的數值，他假設地球的地質歷史跨度至少是3億年。最近的21世紀對太陽發熱機制的認識支持達爾文，而不是開爾文。
測定地球年齡
地球科學家和天文學家受的是完全不同的訓練。盡管礦工和工程師對我們立足的大地早有研究，但是地質學和天文學不一樣，作為一門科學它還只是在18世紀以后才開始發展，直到19世紀才達到全面成熟。
18世紀結束時，地質學家們正在進行一場大爭論，研究者各執一詞，有的主張水成論，有的主張火成論。水成論的主將是杰出的德國地質學家魏爾納，他主張地球上所有地層都是原始洪水沖積后的沉積物。火成論的主將是蘇格蘭地質學家赫頓，他認為地球形成的主要驅動機制是內熱，以火山爆發的形式周期性地沖出地殼。
在這兩大學派中，火成論更為激進。水成論把地球歷史看做就是一次唯一性事件的結果，一場巨大的洪水（類似于《圣經》中的諾亞故事），使地球的地殼成為現在這個樣子。這跟《圣經》中創世紀故事的字面含義非常吻合。學者們由此得出結論，認為地球年齡不超過6000年。赫頓以及火成論者則相反，他們堅持認為地球歷史經歷了漫長、緩慢和持續的變化過程。他們認為，如今在地球表面觀察到的各種作用力，它們始終在起作用。形成、磨耗和重塑的過程反復上演。其他一些過程也在持續進行，例如，熔巖穿過地殼噴發，玄武巖和花崗巖之類的結晶巖在持續形成，地表上巖石的沉積層在不斷堆積。這一觀點被認為是激進的和理性主義的（把推理看成是唯一的權威），因而從一開始就飽受懷疑。
法國偉大的比較解剖學家居維葉就是反對者之一。居維葉提出地球歷史中的一系列災變證據，在災變期間所有物種都滅絕了，然后，新的巖層形成。他說，最近的一次災變就是圣經中描述的大洪水。
地質學家阿加西斯（Louis Agassiz，1807—1873）也獨立主張災變論，認為地球經歷過一段冰期——實際上，有20次冰期——其證據是：現在不存在冰河的地區卻出現了某些冰期才有的現象。盡管冰期理論一開始遭到反對，但當證據越來越多時，已逐漸被人們接受。
1790年至1830年這一段時期往往被稱為地質學的英雄時期，因為此時的地質學受到來自藝術和哲學中的浪漫主義運動的巨大影響。浪漫主義者擁抱大自然，鼓勵探險活動，他們熱衷于遠離無趣乏味的文明社會，走向未開化的原始荒野。于是，行走于崇山峻嶺之中成為時尚，響應這一號召的科學家，投身于變幻無窮的大自然，零距離地面對地殼的形成過程，而在從前他們是絕不可能這樣做的。僅當此時，地質學才不再只是單純地研究礦物學，辨認孤立的巖石標本，而是成為一門大有作為的科學，根據地球歷史上曾經發生過的一系列劇變、侵蝕及其重造事件——它們是一段驚心動魄的偉大歷史，反映了地球上各種力量的彼此較量——來解讀地層。
當然，老頑固們還在抵制。這是一些固守傳統方法的地質學家，他們關心的只是這門科學的聲望、證據的搜集和理論的完整。浪漫主義者經常與這樣的傳統地質學家發生沖突，他們把自己看成是捍衛真理的騎士，準備面對由此產生的后果，獻身于對大自然的探險事業。
其實，這兩種傾向無須按照意識形態劃分，它們也沒有實質性地影響雙方所用的方法。保守、宗教和反革命的心態正是法國革命之后的時代特征，它迫使地質學嚴格依附于經驗主義，也就是說，尋求具有嚴密證據的理論支持。其結果是，即使受隨心所欲的浪漫主義影響的地質學家，在考察巖層和搜集樣品時采用的也是和他們的同事們完全一樣的方法。
到了1830年，更多的事實已經呈現，從中足以引出理論，同時赫頓的均變論還引起一位富有的年輕蘇格蘭律師的關注，他對地質學比對法律更為關注。他就是萊伊爾，盡管他是在牛津大學跟一位水成論者學習地質學的，但他在歐洲到處旅行，有機會親自考察許多巖層。他在研究中得出結論，赫頓是正確的，形成地球歷史的各種作用力在時間的長河中始終如一，即便在當代依然行之有效，表現為侵蝕和沉積、加熱和冷卻等現象。他還廣泛閱讀——遠遠超過赫頓——盡管他本人沒有作出什么發現，也沒有提出自己的理論，但他的巨大貢獻是把許多事實匯集到了一起。
他堅持說，只有現在仍然在起作用的地質因素，才可用于解釋過去的歷史，當然需要假設經歷了非常之長的時間。他寫道：
“相比于各種先入之見，大大低估已有時間跨度這一作法更是危害地質學的進步，除非我們使自己習慣于思考這一可能性：曾有一個無限久遠的年代……否則我們將不幸形成極為危險的地質學觀點。”
1830年，萊伊爾出版了《地質學原理》第一卷。其中的一本次年被帶上英國皇家海軍“貝格爾號”艦，成為旅途中的閱讀佳品。這是科學史上最著名的一次航行。