天文学家根据物理学中的多普勒效应来判定恒星的运动。1848年，法国物理学家菲佐根据多普勒效应提出了移动光源的光谱特性：光谱线向红端移动，简称“红移”，代表光源在远离；而光谱线向紫端移动简称“紫移”，代表光源在靠近。20年后，天文学家运用先进的测量仪器发现，许多恒星的同一条谱线的位置并不相同，是因为它们在运动。
英国天文学家哈金斯1868年首先测出天狼星在远离我们。美国天文学家基勒在1890年测出大角星在接近我们时的速度是6千米/秒，现在更正为5千米/秒。通过观测恒星的自转可以求得恒星的切向速度。
太阳是颗普通的恒星，体积中等大小，愈靠近中心温度愈高。表面温度约6000开，到了日核处，温度则在1500万~2000万开以上。我们能观测到的90%的恒星都和太阳差不多，我们将这类恒星称为“主序星”。
英国天文学家威廉·赫歇耳在1783年对当时几颗有自转的恒星运动进行测定时，发现它们有一致的倾向。他认为这是太阳在空间运动的表现，并指出太阳的运动有目标性，目标是武仙座。天文学家进行大量的观测后，指出太阳运动的目标是在天琴座，而天琴座在武仙座旁边。在赫歇耳当年确定的位置的附近，太阳运动速度约为20千米/秒。
我们所说的恒星的温度是指恒星的表面温度。恒星的温度各不相同，尽管大部分的恒星和太阳差不多。有的高达几万度，有的表面温度只有2500开左右。质量比太阳小的恒星表面温度要比太阳小，质量比太阳大的恒星表面温度要比太阳高，可达10000开~20000开。最高的恒星的表面温度可以达到80000开。
在恒星的世界中，恒星一般是成双成对出现的，很少有像太阳这样单个的恒星。把天文望远镜对准星空，可看到许多彼此靠得很近的恒星，这就是双星。有的恒星之间还存在吸引力，经过仔细观察，在双星中，可看出有的恒星在围绕另一颗恒星运行，故称为“物理双星”。还有一种光学双星，看上去很靠近，其实相距遥远。
双星的质量通过观测和研究，可以很容易推算出来，单个恒星的质量却很不容易求出。根据双星的运动情况，利用牛顿万有引力定律、开普勒定律可以求出双星的质量，然后通过对比的方法估算出单个恒星的质量。
通常把三四颗以上直到一二十颗星聚集在起的叫作聚星。原来我们一直认为半人马座a星离我们很近，后来发现它是三合星，比邻星是其中距离地球最近的一颗恒星。
恒星在太空的分布除了单个恒星、各种双星和聚星外，还有一种奇特的现象，就是它们喜欢“群居”。星团就是许多聚集在一起的恒星集团。
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