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ストーンヘンジという先史時代の遺跡は、古代天文学との関連性について長年研究されてきた。この遺跡は、夏至の日の出と冬至の日の入りの方向に合わせて配置されている。
ストーンヘンジの土塁には北東を向いた開口部があり、建設者たちが夏至と春分と秋分の地点に特別な意味を置いていたという説が唱えられてきた。例えば、夏至の太陽はヒールストーンの近くから昇り、太陽の最初の光線は馬蹄形の配置の間にあるモニュメントの中心に差し込んだ。このような配置は偶然である可能性もあるが、この天文学的な方位は、ウィリアム・ストゥークリーが1720年にこの場所を描き、その軸を夏至の日の出に沿って初めて特定して以来、認識されてきた。 [ 1 ]
ストゥークリーは、ヒールストーンが日の出と正確に一致していないことに気づいた。記念碑が建てられて以来、黄道傾斜角の変化による日の出の位置のずれでは、この不正確さを説明できない。最近、ヒールストーンの隣にあったものの、現在は存在しない石の証拠が発見された。2番目の石は、日の出を囲むために使用された「太陽回廊」の片側であった可能性がある。[ 2 ] [ 3 ]
ストゥークリーと著名な天文学者エドモンド・ハレーは、先史時代の遺跡の年代を特定しようとする最初の科学的試みを行った。ストゥークリーは、ストーンヘンジは「当時、磁針が真北から大きくずれていたため、磁気コンパスを使って配置された」と結論付けた。彼は、観測されたストーンヘンジの日の出と理論上の（理想的な）日の出の間の磁気偏角の変化を計算しようと試み、それが建設の日付と関係すると考えていた。彼らの計算は3つの日付を導き出し、そのうち最も古い 紀元前460年をストゥークリーは受け入れた。それは間違っていたが、この初期の年代特定作業は、野外考古学における画期的な出来事である。[ 4 ]
ストーンヘンジの年代を特定しようとする初期の試みは、天文学的な赤緯の変化を利用したもので、例えば、H.ブルームが1864年に提唱した、シリウスがストーンヘンジのアベニューの上空に昇った紀元前 977年にこの遺跡が建造されたという説などがあった。サー・ノーマン・ロッキヤーは、アベニューの日の出の方位角が誤っていたことのみに基づいて紀元前1680年という年代を提案し、近くの測量局の三角点（現代の地形）にアベニューを合わせた。ペトリーは、それより後の西暦730年という年代を好んだ。彼の調査中、関連する石はかなり傾いており、その年代は正確ではないと考えられた。
考古天文学の論争は、1963年にアメリカの天文学者ジェラルド・ホーキンスが著した『ストーンヘンジ解読』の出版をきっかけに始まった。ホーキンスは、月と太陽の両方において数多くの配列を観測したと主張し、ストーンヘンジは日食や月食を予測するために使われた可能性があると論じた。ホーキンスの著書は、当時としては斬新だったコンピューターを計算に用いたこともあり、広く注目を集めた。その後、イギリスの天文学者C・A・「スティーブ」・ニューハムや、ケンブリッジ大学の著名な宇宙論学者フレッド・ホイル卿、そして20年以上にわたりストーンサークルを研究してきた退職した工学教授アレクサンダー・トムらがこの論争に加わり、考古学者たちは疑念を抱いた。近年、リチャード・J・C・アトキンソンらが「石器時代の計算機」解釈の非現実性を指摘し、彼らの理論を批判している。
ジェラルド・ホーキンスによるストーンヘンジの研究は、ハーバード・スミソニアン研究所のIBMコンピュータを用いて行った分析に基づき、1963年に『ネイチャー』誌に初めて発表された。ホーキンスは、1つや2つではなく、数十もの天体配置を発見した。彼は遺跡の165の重要な特徴を調査し、コンピュータを用いて、紀元前1500年に太陽、月、惑星、明るい星が占めていたであろう位置における、それらの天体配置の出没点とすべての天体配置との一致を確認した 。13の太陽と11の月の相関関係は、遺跡の初期の地形に関しては非常に正確であったが、遺跡の後期の地形に関しては精度が低かった。ホーキンスはまた、オーブリー・ホールを利用して、穴から穴へとマーカーを移動させることで月食を予測する方法も提案した。1965年、ホーキンスとJBホワイトは『ストーンヘンジ解読 』を執筆し、その中でホーキンスの発見を詳細に述べ、この遺跡は「新石器時代のコンピュータ」であると提唱した。
アトキンソンは1966年に『アンティクティ』誌に掲載された論文「ストーンヘンジの月光」で反論し、ホーキンスが視線の基準とした窪みのいくつかは自然の窪みである可能性が高く、また、ホーキンスは方位合わせに最大2度の誤差を許容していたと指摘した。アトキンソンは、165箇所からこれほど多くの方位合わせが見える確率は、ホーキンスが主張した「100万分の1」の可能性ではなく、0.5（つまり50:50）に近いことを発見した。ステーション・ストーンがオーブリー・ホールの上に位置していたということは、ホーキンスが示した2つの地形間の方位合わせの多くが錯覚であったことを意味する。アトキンソンの同じ論文には、オーブリー・ホールを天文マーカーと解釈することや、フレッド・ホイルの研究に対するさらなる批判も含まれている。
イギリスの気候が天体現象の正確な観測を可能にしたかどうかについては疑問が残る。現代の研究者は、既に存在が知られている現象との関連性を探していたが、この場所の先史時代の利用者はそのような利点を持っていなかった。
1966年、CA 'Peter' Newhamは、ステーションストーンの1つとヒールストーンの隣にある柱穴を結ぶ線を引くことで、春分と秋分の配列を説明した。彼はまた、月の配列も特定した。4つのステーションストーンによって作られる長方形の長い辺は、大静止時の月の出と月の入りと一致した。ニューハムはまた、入り口近くの柱穴はサロス周期を観測するために使用されたと示唆した。[ 5 ]
ステーションストーンのうち2つは損傷しており、それらの位置はおおよそ長方形を形成するものの、その年代、ひいては遺跡内の他の遺構との関係は不明である。ストーンヘンジの緯度（北緯51度10分44秒）は、この緯度（約50km以内 ）でのみ、前述の月と太陽の配置が互いに直角になるという点で特異である。ストーンヘンジの緯度 から北または南に50km以上離れると、ステーションストーンを長方形に配置することは不可能になる。
アレクサンダー・トムは1950年代から、天文学的な配置や巨石ヤードを求めてストーンサークルを調査していた。彼がストーンヘンジに注目したのは1973年のことだった。トムは、遺跡内の構造物間の配置は近すぎて信頼できないと考え、それらを無視することにした。彼は、月や太陽の出来事を示す可能性のある地形的特徴を探した。しかし、トムが注目していた遺跡の一つであるピーターズ・マウンドは、20世紀のゴミ捨て場であることが判明した。
2017年に発表された観察によると、ストーンヘンジの石と土の環状列石の直径は、月と地球の平均直径に相当している可能性があるという。この重なりは偶然かもしれないが、月と地球の大きさの同じ比率は、ストーンヘンジの土塁と近くのダリントン・ウォールズの環状列石の大きさにも見られる。[ 6 ]
ストーンヘンジは夏至の時期にますます人気の観光地となり、2005年には2万人が訪れたが、先史時代の人々は冬至の時期にのみこの地を訪れていたことを示す証拠が研究者によって次々と明らかになってきている。イギリス諸島で太陽の向きが明確かつ説得力のある巨石遺跡はニューグレンジとメイズハウのみであり、どちらも冬至の日の出の方角を向いている。
冬の訪問説を裏付ける最新の証拠としては、近くのダリントン・ウォールズで屠殺された豚の骨や歯があり、死亡時の年齢から、毎年12月か1月に屠殺されていたことがわかる。シェフィールド大学のマイク・パーカー・ピアソンは2005年に「夏にこの地に人がいたという証拠はない」と述べている。[ 7 ]その後、より最近の研究や発見を踏まえ、マイク・ピアソンは考えを改め、「彼らが冬至だけでなく夏至も祝うためにやって来たと考えるのは妥当だ」と主張している。[ 8 ]