1849-ben Rutherfurd elhagyta jogi tanulmányait, hogy szabad idejét a tudománynak, különösen a csillagászatnak szentelje. Úttörő munkát végzett a spektrális elemzésben, és kísérletezett az égi fényképezéssel. Kutatásaihoz eszközöket talált fel, köztük a mikrometert a fényképek mérésére, egy gépet a jobb szabályozott diffrakciós gratings előállítására, és az első teleszkópot kifejezetten az asztrofotográfiára tervezték. A műszereket használva Rutherfurd kiváló minőségű fotógyűjteményt készített a Napról, a Holdról és a bolygókról, valamint a csillagcsoportokról és a csillagokról az ötödik nagyságról. 1862-ben elkezdett spektroszkópikus tanulmányokat végezni az új diffrakciós gratings használatával.
égboltfotózás