天體化學(xué)學(xué)（英文：），又稱天文數(shù)學(xué)學(xué)，是研究宇宙的化學(xué)學(xué)，這包括恒星的化學(xué)性質(zhì)（光度，密度，濕度，物理成份等等）和恒星與星系彼此之間的互相作用。應(yīng)用數(shù)學(xué)理論與技巧，天體化學(xué)學(xué)剖析星體演變、恒星結(jié)構(gòu)、星際物質(zhì)、宇宙微波背景、太陽系的起源和許多跟宇宙學(xué)相關(guān)的問題[1]。因?yàn)樘祗w化學(xué)學(xué)是一門很廣泛的學(xué)問，天文數(shù)學(xué)學(xué)家一般應(yīng)用好多不同的學(xué)術(shù)領(lǐng)域，包括熱學(xué)、電磁學(xué)、統(tǒng)計(jì)熱學(xué)、量子熱學(xué)、相對論、粒子化學(xué)學(xué)以及原子分子與光化學(xué)學(xué)等等。因?yàn)榻鐚W(xué)科的發(fā)展，與物理、生物、歷史、計(jì)算機(jī)、工程、古生物學(xué)、考古學(xué)、氣象學(xué)等學(xué)科的混和，天體化學(xué)學(xué)目前大小分支300—500門主要專業(yè)分支，成為數(shù)學(xué)學(xué)當(dāng)中最前沿的龐大領(lǐng)導(dǎo)學(xué)科，是推動近代科學(xué)及科技重大發(fā)展的前導(dǎo)科學(xué)，同時也是歷史最悠久的古老傳統(tǒng)科學(xué)。
天體化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)大多數(shù)是依賴觀測電磁幅射獲得的。比較冷的恒星，像星際物質(zhì)或星際云會發(fā)射無線電波。大爆燃后，經(jīng)過紅移，遺留出來的微波，稱為宇宙微波背景幅射。研究這種微波須要特別大的無線電望遠(yuǎn)鏡。
太空探求大大地?cái)U(kuò)充了天文學(xué)的疆界。太空中的觀測可讓觀測結(jié)果防止遭到月球大氣層的干擾，科學(xué)家常透過使用人造衛(wèi)星在月球大氣層外進(jìn)行紅外線、紫外線、伽馬射線和X射線天文學(xué)等電磁波波段的觀測實(shí)驗(yàn)，以獲得更佳的觀測結(jié)果。
光學(xué)天文學(xué)一般使用改裝電荷耦合器件和波譜儀的望遠(yuǎn)鏡來做觀測。因?yàn)榇髿鈱拥臄_動會干涉觀測數(shù)據(jù)的品質(zhì)，故于月球上的觀測儀器一般必須配備調(diào)適光學(xué)系統(tǒng)，或改由大氣層外的空間天文臺來觀測，就能得到最優(yōu)良的影像。在這卷積里，星體的可見度十分高。借著觀測物理頻譜，可以剖析星體、星系和星云的物理成份。
理論天體化學(xué)學(xué)家的工具包括剖析模型和計(jì)算機(jī)模擬。天文過程的剖析模型經(jīng)常能使學(xué)者更深刻地理解個中奧妙；計(jì)算機(jī)模擬可以突顯出一些特別復(fù)雜的現(xiàn)象或效應(yīng)其背后的機(jī)制。
在實(shí)踐中，現(xiàn)代天文學(xué)研究一般涉及理論和觀測化學(xué)領(lǐng)域的大量工作。天體化學(xué)學(xué)家的一些研究領(lǐng)域包括企圖確定暗物質(zhì)，暗能量，黑洞和其他天體的性質(zhì);以及宇宙的起源和最終命運(yùn)。理論天文學(xué)家還研究了太陽系的產(chǎn)生和演變。星體動力學(xué)和演變;星體的產(chǎn)生與演進(jìn);磁流體熱學(xué);宇宙中物質(zhì)的大尺度結(jié)構(gòu)；宇宙線的起源;廣義相對論，狹義相對論，量子和化學(xué)宇宙學(xué)，其中包括弦宇宙學(xué)和天體粒子化學(xué)學(xué)。
大爆燃模型的兩個理論棟梁是廣義相對論和宇宙學(xué)原理。因?yàn)樘鹾撕铣衫碚摰某晒陀钪嫖⒉ū尘胺鋵?shí)驗(yàn)否認(rèn)，科學(xué)家確定大爆燃模型是正確無誤。近來，學(xué)者又成立了ΛCDM模型來解釋宇宙的演進(jìn)，這模型囊括了宇宙暴脹（）、暗能量、暗物質(zhì)等等概念。
理論天體化學(xué)學(xué)家及實(shí)測天體化學(xué)學(xué)家分別飾演這門學(xué)科當(dāng)中的兩大主力研究者，二者專業(yè)分工。理論天體化學(xué)學(xué)家一般飾演大膽假定的研究者，理論不斷推陳出新，對于數(shù)據(jù)的驗(yàn)證關(guān)心程度較低，假定程度太高時，常常會演弄成偽科學(xué)，通常都是天體化學(xué)學(xué)研究者當(dāng)中的激進(jìn)人士。實(shí)測天體化學(xué)學(xué)家一般本身精通理論天體化學(xué)，在相當(dāng)程度上來說也有能力自行發(fā)展理論天文學(xué)與天體物理學(xué)論文，飾演當(dāng)心求證的研究者，一般是化學(xué)實(shí)證主義的秉持者，只相信觀測數(shù)據(jù)，時常對理論天體化學(xué)學(xué)所提出的假說進(jìn)行證偽或否認(rèn)的活動，通常都是天體化學(xué)學(xué)研究者當(dāng)中的保守人士。
天文學(xué)的歷史紀(jì)錄似乎許久遠(yuǎn)，而且它常年以來都跟數(shù)學(xué)學(xué)分開，直至化學(xué)學(xué)發(fā)展才開始結(jié)合上去，主要發(fā)展的目的是歷法。
天文學(xué)在歷史當(dāng)中，中國、歐洲、非洲、中東、印度、美洲都有獨(dú)立的發(fā)展歷史，其中以中國的歷史紀(jì)錄寬度最久，而且中國并沒有發(fā)展出天體化學(xué)學(xué)，最早有天體化學(xué)學(xué)研究的紀(jì)錄是美國。
天文學(xué)在唐代歷史上的發(fā)展分支：
中國唐代天文學(xué)
美國唐代天文學(xué)
南非唐代天文學(xué)
伊朗唐代天文學(xué)
南非部落天文學(xué)
小亞細(xì)亞唐代天文學(xué)
兩河流域天文學(xué)
美索不達(dá)米亞天文學(xué)
巴比倫天文學(xué)
阿拉伯天文學(xué)
伊拉克學(xué)派
開羅學(xué)派
西阿拉伯學(xué)派
歐洲古時天文學(xué)
瑪雅天文學(xué)
法國唐代天文學(xué)
法國唐代天文學(xué)
也有一種想法覺得美洲唐代天文學(xué)、兩河流域天文學(xué)及歐洲唐代天文學(xué)都是由傳說中的姆臺灣及亞特蘭提斯所留傳而至的，并且這項(xiàng)說法欠缺考古學(xué)上的證據(jù)，雖未能證偽，但也未能否認(rèn)。亞洲天文學(xué)主要源自于西非唐代天文學(xué)及兩河流域天文學(xué)，現(xiàn)代天體化學(xué)學(xué)是由法國天文學(xué)完善上去的。
理論天體化學(xué)學(xué)的起點(diǎn)可由十六世紀(jì)開始估算起，絕大多數(shù)的理論提出系以“物理建模方式”提出假定，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型天文學(xué)與天體物理學(xué)論文，驗(yàn)證方式則多數(shù)以“波普爾論證法”來進(jìn)行確認(rèn)，主要采取“證實(shí)主義”或“證偽主義”兩種手法交錯并用。理論的狀態(tài)多數(shù)有以下幾種：
全部理論證實(shí)：目前不存在。
部份理論證實(shí)：諸如“廣義相對論”及“牛頓熱學(xué)”。
理論證偽：為數(shù)龐大，比如，中國的“混天說”。
技術(shù)力難以驗(yàn)證理論：比如，“夸克星”，一般都是理論當(dāng)中存在仍未驗(yàn)證的數(shù)學(xué)假說。
理論誤判否認(rèn)：比如，“牛頓熱學(xué)”曾經(jīng)被誤判否認(rèn)。“夸克星”則以前有三年的時間被覺得早已找到（，約1989-1990年之間被錯誤地覺得存在夸克星）。
偽科學(xué)：數(shù)目龐大的民間學(xué)說，比如一整批以懸疑小說為基礎(chǔ)的幻想學(xué)說、科普及神學(xué)天體化學(xué)，一般的特點(diǎn)是理論自身不自洽。諸如，“星際之門蟲洞化學(xué)”，“星際之門”當(dāng)中的“蟲洞數(shù)學(xué)”與現(xiàn)實(shí)研究中的“蟲洞數(shù)學(xué)”差距十分地大，而目前現(xiàn)實(shí)中的“蟲洞化學(xué)”，實(shí)際也并未被列入合格的天體化學(xué)理論，實(shí)際的“蟲洞數(shù)學(xué)”認(rèn)為“蟲洞”的大小假如大于一光年，則無任何可能傳送任何物質(zhì)進(jìn)行太空旅行，“星際之門蟲洞化學(xué)”與此差別極大，而開啟蟲洞頭部的維持能量是“負(fù)能量”，“星際之門蟲洞數(shù)學(xué)”卻是使用“正能量”來維持，“量子蟲洞”是采用“虛粒子對互相作用”來維持“量子蟲洞”的恒穩(wěn)態(tài)，還能穿透“量子蟲洞”的只有超流體，而“星際之門蟲洞數(shù)學(xué)”卻是哪些物質(zhì)都可以傳送。事實(shí)上二者的說法都沒有經(jīng)過檢驗(yàn)。
未經(jīng)檢驗(yàn)的假說：比如，“人造地球假說”及“平行宇宙”與一整批與霍金聲稱有關(guān)的說法。因?yàn)闇\顯易懂、貌似合理，檢驗(yàn)方式卻須要花費(fèi)大量金錢，因此大批未經(jīng)檢驗(yàn)的假說在民間留傳，被誤覺得早已檢驗(yàn)的正統(tǒng)科學(xué)，透過大眾文化傳播，成為非專業(yè)教徒型學(xué)科。
絕大多數(shù)的天體化學(xué)理論都處于“部分理論證實(shí)”及“技術(shù)力難以驗(yàn)證理論”的狀態(tài)，基本的過濾方法是“證實(shí)方式”或“證偽方式”，持續(xù)過濾到每一個步驟都與數(shù)據(jù)吻合。
現(xiàn)代理論天體化學(xué)學(xué)家使用多樣的研究工具，包含了剖析模型及計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，剖析模型可以提供每一個步驟是否吻合現(xiàn)行或假定的數(shù)學(xué)定理，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬則主要用于估算出數(shù)學(xué)物理模型是否有矛盾之處。理論天體化學(xué)學(xué)家旨在于發(fā)展理論模型便于理解這種模型與觀測的擬合程度，這可以使觀測者否認(rèn)或證偽某個模型是否正確，但是從模型當(dāng)中選擇一個恰當(dāng)?shù)睦碚搧碚f明觀測數(shù)據(jù)。
一旦某個數(shù)學(xué)模型大體上被驗(yàn)證，實(shí)測天體化學(xué)學(xué)家都會根據(jù)該模型輸入觀測資料，一旦發(fā)覺個別不吻合之處，該理論都會進(jìn)行修正，直至全面吻合，所有觀測數(shù)據(jù)都合乎理論預(yù)測之后，便可稱該理論為早已否認(rèn)的天體化學(xué)理論。假如，理論與數(shù)據(jù)有大批不吻合，該理論會先被限定為有限理論，仍然到發(fā)展出其他可以全面吻合的理論之后，該理論會被廢棄掉。
理論天體化學(xué)研究的范圍十分地廣泛，包含了：“星體動力”、“星體演變”、“銀河生成及演變”、“電磁動力”、“廣義相對論”、“宇宙學(xué)”、“弦宇宙論”、“天體粒子化學(xué)”、“引力波”、“宇宙生命”、“宇宙航行”、“宇宙通信”等等，課題包羅萬象。
現(xiàn)代天體化學(xué)的發(fā)展形式多數(shù)采取化學(xué)物理的方式，先發(fā)展相關(guān)理論，之后再透過實(shí)測天體化學(xué)學(xué)的技術(shù)手段來驗(yàn)證，但是透過觀測數(shù)據(jù)來修正理論上的缺位，因而經(jīng)常會見到因?yàn)閷?shí)測天體化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，事后發(fā)覺理論天體化學(xué)的陳述荒謬到完全沒法吻合的現(xiàn)象，從而全面修正理論天體化學(xué)的模型。實(shí)測天體化學(xué)飾演天體化學(xué)當(dāng)中最重要的把關(guān)及驗(yàn)證，因而，理論天體化學(xué)上的蓋棺論定一向是由實(shí)測天體化學(xué)來執(zhí)行，這也促使實(shí)測天體化學(xué)學(xué)家多數(shù)都是這個領(lǐng)域當(dāng)中最保守的菁英人士在運(yùn)行。
實(shí)測天體化學(xué)目前持有全球最尖端的科技來進(jìn)行研究，技術(shù)的演變，天體化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)早已可以采取多種管線獲得，包含了地面各種望遠(yuǎn)鏡、空間天文臺及空間偵測器。據(jù)悉，因?yàn)樾枨蟮木壒剩瑢?shí)測天體化學(xué)學(xué)家是目前建造超級筆記本的最積極人士，全球最尖端的超級筆記本有大批是由實(shí)測天體化學(xué)學(xué)家所建造及持有，其次則是高能化學(xué)學(xué)家所建造及持有，多數(shù)的實(shí)測天體化學(xué)學(xué)家同時也是筆記本專家及理論化學(xué)學(xué)家，常常會透過全球虛擬天文臺的數(shù)據(jù)互換來進(jìn)行研究，超級運(yùn)算的領(lǐng)域當(dāng)中，有許多出身于實(shí)測天體化學(xué)學(xué)的工作者。