Entre 1896 y 1900, a falta de un observatorio, se presentó voluntario para medir las placas fotográficas obtenidas por David Gill, quien estaba llevando a cabo una prospección[1] fotográfica de estrellas del hemisferio sur celeste desde el Observatorio de Ciudad del Cabo.El resultado de tal colaboración fue la publicación del Cape Photographic Durchmusterung, un catálogo que contiene las posiciones y magnitudes de 454 875 estrellas del hemisferio austral.En 1922 publica Primer intento de obtener una teoría de la disposición y movimiento del sistema sidéreo,[2] donde describía un universo isla con forma lenticular en el que la densidad decrece desde el centro hacia las regiones más externas, conocido como modelo del universo de Kapteyn.El modelo era válido a altas latitudes galácticas pero fallaba en el plano galáctico debido a la falta de conocimiento de la absorción del medio interestelar.Este descubrimiento aumentó el tamaño estimado de la galaxia hasta 100 000 años luz, con el Sol situado a unos 30 000 años luz del centro galáctico.