地球大气中存在着第二窗口
地球周围被一层大气包围着，这层大气约有3000千米厚。它就像是一个屏障，把来自天体的许多发射都拒之门外。既然如此，我们怎么还能看见光芒四射的太阳、美丽的月亮和闪烁的星星呢？这是因为地球大气存在一个“光学窗口”，也就是说对于光波它是透明的。
那么，地球大气除“光学窗口”之外还有第二个窗口吗？有，那就是“射电窗口”。波长从毫米到若干米的电磁波，可以穿透地球大气到达地面，这就是最近几十年人们才认识到的地球大气第二窗口。这个“射电窗口”的发现完全出于偶然。1932年，一个名叫卡尔·杨斯基的人，用贝尔电话实验室的非常原始的射电天线，接收到来自地球外的射电噪声。后来证明这种噪声是我们银河系中心的射电发射。由于这个偶然的发现，最近几十年来射电天文得以飞速发展，并且可以和光学天文相匹敌。随后发现了木星射电，从而揭示了行星的强磁场。通过对太阳射电爆发的检测，丰富了我们关于太阳耀斑的知识，绘制了银河系21厘米氢原子图。
射电望远镜的作用
一般的天文望远镜，只能观测到其他天体发出的可见光，因此叫做光学天文望远镜。它对电波无法接受。
所谓射电望远镜，实际上是用来测量从天空中各个方向发来的射电能量的一种天文仪器。它具有高定向性天线和相应的电子设备。因此有人说，射电望远镜与其称它为望远镜，倒不如说是雷达接收天线。现在世界上最大的射电望远镜，其直径有100米，面积有足球场那么大，真可谓庞然大物。
用一般望远镜只能看到可见光现象，而射电望远镜则可以观测到天体的射电现象。
由于射电望远镜的发明，使天文学有了飞速发展。它揭示了宇宙中许多奇妙现象。例如通过射电望远镜，人们发现了天鹅座A的射电星系，它每秒钟发出的射电能量要比太阳每秒钟发出的能量强1亿亿倍以上，是迄今发现的最大射电星系，而用光学望远镜对它却是一无所知。此外，用射电望远镜还发现了类星体、脉冲星、星际有机分子和微波背景辐射。可见射电望远镜的作用是很大的。
兴建超级天文望远镜
天文学是随着望远镜的发展而发展的。目前，由欧洲8国组成的“南方天文台委员会”正在从事一项跨世纪壮举——兴建望远镜之王。
这架未来的世界望远镜之王将选址南美洲的智利，它坐落在海拔2664米的巴拉那尔山顶。那儿气候条件极佳，空气能见度高，而且没有污染。如此洞天福地正与望远镜的王者身份相配。
整架望远镜采用了最先进的组合镜面形式，4个直径分别为8.2米的反射面可将微弱的星光聚焦于同一点，既减少了单面巨大镜面制造上的困难，又使它的综合集光能力超过了任何可能铸就的单独镜面。其单镜间的配合、温度变化及自重影响造成的镜面畸变校正，都采用了最先进的高速计算机系统，从而实现自动调节，将镜面的各种误差减至最小。
由于这架望远镜有着破纪录的大“眼睛”，又能“高瞻远瞩”，它的聚光能力已是校正视力前哈勃望远镜的50倍，而分辨能力又极高，能在理想条件下拍出月面上1米大小的物体，足以监测宇航员在月球上的一切活动。这架性能卓越的望远镜造价只及哈勃望远镜的1/10，堪称价廉物美。天文学家们期待它在1998年工程竣工后就能给天文学带来一系列突破性的发现。
把天文望远镜送入太空
在地球上用天文望远镜观测天体不是很方便吗，为什么还要把天文望远镜送入太空呢？
从事天体观测的人都知道，通过地面望远镜可以看到许多天体。为了发现更多新的天体以及天文现象，望远镜的口径几乎年年在扩大，可是仍然不能满足需要。这是因为许多天体不仅发出可见光，而且还有其他波段的辐射，如射电辐射、红外辐射、紫外光辐射、X射线辐射以及α射线辐射。不同天体有不同的辐射特征。
我们的地球有一个大气层，给天文观测带来许多不便。地球的大气层能吸收来自其他天体的各种波段的辐射，有些完全被它吸收。只有可见光、射电波和一小部分红光才能抵达地面，被望远镜探测到。即使是可见光，也因为大气的折射、抖动，造成望远镜分辨率低和使观测精度受到影响。因此，大气层对天文观测来说，是一大障碍。
把天文望远镜送入太空，就可以克服地面天文观测所遇到的种种困难。1990年4月，美国用航天飞机把一个口径为2.4米的光学望远镜送入太空，这就是哈勃望远镜。为了更好地观测天体，科学家还发射了不同的星际飞船。在这些飞船上除安装了望远镜外，还安装了其他探测器，对天体进行详细的观测，为我们记录了大量的科学数据。
多镜面望远镜
天文望远镜是天文学研究不可缺少的工具，尤其是大型天文望远镜。目前世界上最大的反射望远镜口径已达6米。然而，由于光学机械工艺以及价格等方面的因素，制造更大的天文望远镜十分困难。
在这种情况下，必须寻求新的制造工艺，于是多镜面望远镜的研制成了新的追逐目标。多镜面望远镜是指由若干台望远镜或多块镜面组合起来以获得更好观测效果的一种新颖望远镜。它的设计思想是“化整为零”，也就是用若干台较小的望远镜来代替一台巨型望远镜。
这些小型望远镜或者安装在同一支架上，或者彼此互相独立。工作时，它们可以协调地指向同一天体目标，各自所集聚的光束被引到公共焦点上，从而像一架大望远镜一样形成清晰的图像。
在跟踪不同天体的全部观测过程中，为了保证各小型望远镜的工作步调一致，需要采取所谓“主动光学”的新技术。这个技术就是望远镜必须高度自动控制，观测时每一台小望远镜的实际位置由专门的激光束来加以测定，测得的结果送入电子计算机，并通过计算机对它们的位置不断地加以调整，以保证小型望远镜自始至终步调一致，取得优质的星像。
世界上第一架多镜面望远镜是1971年由美国研制的，1979年投入试用。欧洲南方天文台计划造一架多镜面望远镜，其聚光本领相当于一台口径为16米的巨型望远镜。
实施“巡天观测计划”
由于当代天文学的长足进步，人类对宇宙的认识早已从哲学的思辨中超越，而能从理论和实测两个方面对宇宙的结构和演化作总体研究，这就是“宇宙学”。
理论的研究虽不能说已尽善尽美，但现行大爆炸学说已能预言宇宙自诞生时起第0.00001秒以来的主要进程，并已找到了坚实的观测证据；而观测亦不仅仅是为理论作证，它随时都可能有意想不到的新发现，给理论的发展提供无穷的动力。“实践是检验真理的唯一标准”，天文学尤其不能摆脱对观测的依恋。为了对宇宙的整体状况有较清楚的了解，天文学家于1995年起实施一项空前的“巡天观测计划”。
承当此重任的是一架将建造于新墨西哥的2.5米口径的光学望远镜。它拥有先进的微光放大装置CCD阵列，一次能记录下1.2兆个光像，并能拍下1/4天区内的4色图像，最暗可捕捉到23m的天体，几乎可看到“天边”了。
它的观测重点当然是星系。通过计算机，它将分析5000万个星系的大小、形状、亮度、颜色和分布，并自动测量其中100万个星系的红移，是目前已测红移星系数的25倍。此外，它还将测量10万个类星体的红移。当它历时5年的工作完成之后，展现在我们面前的必将是一幅空前规模的三维宇宙图像，将宇宙学的研究推进一大步。
依山傍水修建的天文台
“月明星稀”的晴朗夜空，诗人会为之动情讴歌，可是挑剔的天文学家却嫌它空气污染、大气抖动而使自己无法工作。因此，早先天文学家都像“性本爱丘山”的陶渊明，把天文台一无例外地造在远离尘世的山丘之上。那儿气氛宁静，空气稀薄，气候稳定，大气扰动也较小，睛天自然较多，因此十分有利于光学观测。
后来天文学家又发现，水边建台也有它的独到妙处。因为水的比热最大，白天它能吸收大量的太阳辐射，使周围空气的温度不致升得太高；而夜晚又能慷慨放热，使空气温度不致降得太低。这样，水面附近的气温就变化不大，不像易于蒸发而引起空气剧烈流动的陆地。因而在水边建台者亦大有人在。
假如能在高山上的湖泊中建造天文台，让它依山傍水，不是能兼顾山与水的双重优点了吗？完全正确，而且真的给找到了这样一个福地，这就是美国加州南侧的大熊湖天文台。它位于大熊湖北岸的一个人工岛上。湖水海拔2042米，平均每年有300个晴天；而且其中的200多天天空都是湛蓝的，万里无云。最宝贵的是大气极为宁静。这儿照得太阳照片清晰逼真、精细入微，为同类照片之珍品，这就全仗它那得天独厚的环境。
圆顶天文台将被淘汰
一说起天文台，人们总会想到那银白色的圆顶建筑物。这些圆顶都可以转动，使里面的望远镜通过狭缝似的天窗看到天空中任意方向的星体。但是随着望远镜越来越大，观测精度越来越高，圆顶天文台的优势渐渐消失。
90年代初，美国计划建造两架口径8米的巨型望远镜，安放这些望远镜的观测室当然非常庞大。于是产生一个矛盾：每当开始观测时，室内与室外的温度应该一致，否则光线经过温度不同的空气会发生微小的折射，使望远镜里的星像达不到最高清晰度。
工程师们制作了几种天文台模型，放在13米长的试验水槽里。当水流经过时，通过模型释放蓝色染料，可以逼真地显示出各种形状的天文台与自然风的相互作用。模拟试验表明，传统的半球形天文台最不合理，当外面刮风时，会吸引室内的空气向上方观测窗流出，两股不同温度的空气正好在望远镜“眼前”混合，影响了观测精度。当观测室背风时，内外空气流通也很困难，使室内和室外长时间存在温差，同样不利于观测。
相比之下，一种长方形的天文台建筑就要优越得多。这种天文台的观测窗从墙上一直裂到屋顶，四壁还有通风窗。无论风从哪里来，室内外空气都能迅速对流，对观测影响较小。早在20世纪70年代末，世界上第一架由6个物镜组成的多镜面望远镜，就采用了这种“谷仓式”观测室。
到21世纪，圆顶天文台可能成为过时的“古典式建筑物”。
“高能天文台”
“高能天文台”是美国在1977年8月到1979处9月发射的非太阳观测天文卫星系列，共3颗。
“高能天文台”是20世纪70年代最重最大的空间观察台，其主要任务是对脉冲星、黑洞、类星体等各种河外宇宙天体辐射源的X射线、γ射线的宇宙线进行探测和研究，而重点是发现和观察宇宙射线源。
发射后的“高能天文台”凭借自己装配的先进仪器探测各种射线源。其中“高能天文台”1号就记录到1500个X射线源，它们大多来自遥远的星系团，使X射线天文的视野扩张到了河外天体；它取得可能是黑洞的数据，受到天体物理学家的重视；首次证明矮新星天鹅座SS是1颗硬X射线源；另还发现1个高能辐射背景，表明在星系之间可能存在着广泛的热气体，其总质量可能比星系中的恒星总质量大。“高能天文台”2号已拍摄到数千张X射线源的X射线像，包括一些快速爆炸过程。“高能天文台”3号用于探测天体的γ射线和宇宙线等高能辐射。
“太空天文台”
1990年4月，美国把一架口径2.4米、11600千克的哈勃望远镜送上680千米高的轨道，这项计划花费了15亿美元，历时15年。在此以前，已有近百颗不同类型的天文卫星上了天。
地球上大小天文台数以百计，何必再花那么大的代价发射“太空天文台”呢？
也许你有过这样的经历：为观测一次日食，准备了好几个月，却由于遇到阴雨天而大失所望。要是能飞到云层之上，就不会受坏天气“欺侮”了。这就是太空望远镜的第一个优势。
南天有个漂亮的南十字星座，在我国长江以北却看不见它。而南半球的许多地方，又看不见我们熟悉的北斗星。天文卫星环绕地球运行，“巡天遥看一千河”，能同时看到全天的星体，这又是地面天文台望尘莫及的优势。
在地面上，即使天气明郎，由于浓厚的大气层像大海一样川流翻腾，仍会使望远镜里的星像颤动和模糊。在大气层之外，星光就不会闪烁了，同样的望远镜看见的星像要比地面上清晰好几倍。而且，太空中没有大气散射光，星空背景永远是黑暗的，24小时都能进行天文观测。
尤其重要的是，大气层对红外光、紫外光、X射线和γ射线有强烈吸引作用，所以许多天文卫星都是到太空去观测这些肉眼看不见的光线，并有许多重大发现。