使用無線電波或雷射光可以直接測定金星、月球等太陽系內天體與地球距離，誤差大概只有數公里~數公分。無線電波或雷射光都是以光速也就是每秒約30萬公里前進，測定從地球發出的電波或雷射光被天體反射回來所經過的時間就可以求出距離。但是能夠使用這種方法的只有太陽系內的部分天體。如果是到較近恆星距離可以利用『周年視差(annual parallax)』直接測定。由於地球繞著太陽公轉，半年後會運行到相對於太陽正相反的位置，所以觀測恆星的方向會略為偏移。這樣的現象便稱為『周年視差(annual parallax)』。越是遙遠天體視差越小，因此藉由視差可以求出距離，利用該方法，到大約3萬6000光年止皆可成功測定距離(測定誤差約5~10%)。太陽系所屬的銀河系得直徑約10萬光年，因此以『周年視差(annual parallax)』到銀河系大約1/3左右距離皆可直接測定。
位在比上述還要遙遠彼方的天體主要可從天體亮度間接推定距離。一般而言物體亮度與距離平方成反比，易言之當距離變成2倍，視亮度(apparent brightness)變為1/4。再以其他方法推定本質亮度(intrinsic brightness)將之與視亮度比較就可推定出距離。知道天體本質亮度的方法有利用恆星亮度的變化週期(例如造父變星)與利用恆星顏色、爆炸(主序星、Ia型超新星)來推定。
造父變星(Cepheid variable)：所謂變星就是亮度會變動的恆星，造父變星的亮度以數天到100天左右的週期在變動，而造父變星的亮度變動周期愈長本質亮度愈亮。
主序星(main sequence star)：就是恆星 當其處於因氫原子核的核融合反應而發出光與熱階段，越是發出藍光的主序星越為明亮，越是發紅光的越為黯淡。
Ia型超新星(Type Ia supernova)：白矮星與年邁的巨大恆星(紅巨星)形成聯星系統(binary system)，巨大恆星的氣體流入白矮星最後因為吸積氣體達到白矮星質量上限(約太陽質量的1.4倍)發生失控性的核反應而引發大爆炸稱之，這類天體爆炸的本質亮度(最大亮度)幾乎相同。該類型的超新星爆炸稱為"核反應失控型超新星"以別於單顆大質量恆星(太陽質量8倍以上)所引發的"重力崩潰型超新星"。
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