Все астроспектроскопические наблюдения А. А. Бело-польский сочетал с лабораторными исследованиями. Эта работа проводилась в тесном контакте с ведущими физиками России: П. Н. Лебедевым, В. А. Михельсоном, Д. С. Рождественским и другими. Особенно тесно в последние годы жизни он был связан в своей работе с Д. С. Рождественским. Аристарх Аполлонович провёл целый ряд исследований, имеющих не только прикладной астрофизический, но и самостоятельный физический интерес: достаточно указать на изучение свечения гейслеровых трубок (1918 г). Он изучил спектры углеродистых соединений, что имеет непосредственное отношение к исследованию спектров комет и звёзд поздних классов. Кроме того, он изучил спектры соединений азота, кислорода и других газов. Им подробно был изучен спектр гелия (1896 г.) сразу же после того, как гелий был открыт на Земле.

Большое внимание уделял А. А. Белопольский изучению спектров минералов, имеющих важное практическое значение. Например, в 1912-1913 гг. по просьбе академика В. И. Вернадского он детально изучил спектр минерала рутила. Следует отметить, что Аристарх Аполлонович в большинстве случаев стремился улучшить методику исследования и своими силами собрать необходимую установку. Так, например, ещё в Москве он самостоятельно собрал установку для моделирования вращения Солнца, о чём мы упоминали выше. Но наиболее блестящим экспериментом был опыт А. А. Белопольского по лабораторной проверке принципа Допплера - Физо.

Этот принцип был сформулирован X. Допплером в 1842 г. и в применении к звуковым колебаниям был проверен экспериментально. В применении к свету X. Доп-плер высказал ошибочное суждение, считая, что при движении звезда должна изменять свой цвет для земного наблюдателя. На самом деле цвет светила заметно не может измениться. Даже в случае громадных скоростей звёзд по направлению к Земле красные лучи перейдут в жёлтую часть спектра (и следовательно, будут действительно другими, жёлтыми), но их место в спектре займут ближайшие инфракрасные лучи (которые станут в этом случае красными). Таким образом, граница наблюдаемого спектра при этом не изменяется, так что установить движение звезды по её цвету почти невозможно. Его можно установить лишь по смещению дискретных, почти монохроматических линий спектра, которые будут смещаться при движении источника. Подобное толкование принципа Допплера в применении к свету было сформулировано в 1848 г. И. Физо в его лекции, которая была напечатана лишь в 1870 г.

Несмотря на то, что принцип в этом случае был применён правильно, несовершенная спектроскопическая техника не позволила использовать его для определения скоростей движения светил. Если не считать некоторые неудачные попытки визуальных определений лучевых скоростей в шестидесятых годах XIX в., то систематические определения лучевых скоростей начались лишь на тридцать лет позднее. Пионером в этих определениях был А. А. Бело-польский, который впервые применил для этой цели фотографический метод. Он уже в 1894 г., на девятом съезде Общества испытателей природы, сделал доклад о применении принципа Допплера к изучению явлений в спектрах светил.

Первые достаточно точные спектроскопические наблюдения орбитальных лучевых скоростей Венеры и Луны показали хорошее согласие с эфемеридами. Казалось, что применимость принципа Допплера к свету можно было считать доказанной. Однако даже в конце XIX в. многие учёные сомневались в справедливости применения принципа Допплера к световым (поперечным) колебаниям, которые принципиально отличаются от звуковых (продольных) колебаний. Для окончательного решения этого вопроса требовалась лабораторная проверка принципа Доп- " плера. Но как в земных условиях получить достаточно большие скорости источника света, которые дали бы заметные смещения спектральных линий? Эта трудность и была преодолена А. А. Белопольским. Идея прибора возникла у него ещё в 1894 г., но была реализована только в 1894-1901 гг. С точки зрения принципа Допплера безразлично, движется ли источник излучения или его изображение. Поэтому Белопольский использовал многократное отражение света от вращающихся навстречу друг другу (или, наоборот, друг от друга) плоских зеркал. Таким путём удалось получить скорость движения изображения порядка 1 км/сек, что могло быть измерено с помощью хорошего лабораторного спектрографа при узких линиях. Этот эксперимент доказал правильность применения принципа Допплера к световым колебаниям. Позднее, в 1907 г., принцип Допплера был снова проверен Б. Б. Голицыным и И. Виллипом, применившими для этой цели интерференционный спектрограф (эшелон) большой дисперсии.