之前說了如此眾多關(guān)于太陽的理論和現(xiàn)象，那么這種現(xiàn)象是不是可以實實在在就被看到或者觀測到呢？喜帕恰斯作為“現(xiàn)代天文學(xué)之父”，確立了星等，而肉眼時代有一個偉大的觀測家，名叫第谷，將肉眼觀測的精確度達到了極致，這一方面反映出視力好，一方面反映出觀測環(huán)境條件極佳。如今，單靠肉眼基本很難看到幾顆星，這就需要借助一些儀器，而這些儀器的設(shè)計都是與天體研究的科學(xué)目標息息相關(guān)。

基于十九世紀中葉照相術(shù)、分光學(xué)、光度學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展。當前，獲得天體信息的渠道主要有五個方面：1.電磁輻射（熱輻射-加熱維持自身溫度：黑體輻射；非熱輻射-靠其他激發(fā)過程維持輻射：回旋輻射-非相對論電子、同步輻射-相對論電子、曲率輻射-沿彎曲磁力線，等）；2.物質(zhì)采樣（隕石或月球、火星等實地采樣）；3.宇宙線（原生宇宙線、衍生宇宙線）；4.中微子（研究超新星內(nèi)部的坍縮，推知核心坍縮后的溫度等）；5.引力波（棒狀探測器、極光干涉儀來研究雙星、大質(zhì)量黑洞的相互作用過程等）。

但是，在地球上，由于受到大氣折射（改變輻射方向）、大氣消光（改變輻射成分/強度）、大氣輻射（影響地面紅外觀測）、大氣湍動（影響光學(xué)成像質(zhì)量）的影響，地面望遠鏡的選址通常需要綜合考慮：有效的測光夜和測光小時、大氣視寧度、大氣積分水汽含量、大氣消光和夜天光、氣象學(xué)參數(shù)等。

電磁輻射從短波到長波的劃分，天文學(xué)又可以分為γ射線、X射線、（極）紫外、光學(xué)、（近/中/遠）紅外、射電天文學(xué)，而前三個也屬于高能天文學(xué)。由于地面大氣透射窗口只有光學(xué)、紅外和射電，因此地面望遠鏡也只有這三大類。而在光學(xué)望遠鏡中，根據(jù)物鏡種類可以分為折射、反射與折反射三類望遠鏡。三類望遠鏡各有優(yōu)缺點：1.折射望遠鏡多用于天體測量和恒星天文的研究，其視場大、放大率高、星像穩(wěn)定、儀器散光小、圓頂視寧度影響小，但是會受到自身重力變形、鏡筒通常比較長、造價高、近紫外無法觀測；2.反射望遠鏡多用于光度測量和分光觀測，其無色差、光損失小、口徑可造大、造價相對小、可以有多種焦點系統(tǒng)，但是鏡面形狀對溫度敏感、需要定期鍍膜、視場相對??；3.折反射望遠鏡多用于巡天，觀測有視面天體和快速運動天體，其焦距短、光力強、可以搜尋暗弱天體、視場大，但是設(shè)備擋光不容易操作、改正鏡特殊、往往尺寸有限。而衡量望遠鏡光學(xué)性能的物理參量主要有光學(xué)性能、機械性能兩大類。光學(xué)性能主要包括：口徑D、相對口徑A、放大率與底面比例尺、視場w、貫穿本領(lǐng)（極限星等）、分辨本領(lǐng)、光能集中度；機械性能主要包括：指向精度和跟蹤精度（主要由赤道裝置、地平裝置制約）、其他（運動速度、熱控制、結(jié)構(gòu)控制自動化、費用等）。

另外，根據(jù)望遠鏡所觀測的波段和口徑，得到其分辨率表達式為，不難看出，對于射電的波段，其口徑往往要做得更大，才能與小口徑的光學(xué)望遠鏡的分辨率不相上下。然而，射電望遠鏡不僅僅可以做成單口徑的大望遠鏡，也可以在地基上進行多點布局構(gòu)成射電陣列，達到一樣的單口徑分辨率。除光學(xué)和射電外，紅外觀測有著極其重要的意義。包括：

1. 宇宙中大量天體處于低溫狀態(tài)，在4000 K以下的物質(zhì)輻射能量峰值在中紅外波段；

2. 宇宙中大量天體埋在塵埃包層之中或被星際介質(zhì)消光而尚未被發(fā)現(xiàn)，而紅外輻射比光學(xué)波段受消光影響小；

3. 天體的一些重要分子和原子的特征譜線及不少例子的發(fā)射線也出現(xiàn)在紅外波段；

4. 也是研究不同層次天體的重要手段：宇宙大尺度結(jié)構(gòu)、類星體、活動星系、銀河系結(jié)構(gòu)到恒星形成區(qū)，以及恒星早晚期演化等。

對此，紅外觀測儀器的特殊要求就包括：

1. 不采用封閉式鏡筒，而用衍架結(jié)構(gòu)；

2. 光學(xué)系統(tǒng)焦比較大；

3. 主鏡鍍銀或鍍金；

4. 指向精度高、導(dǎo)星系統(tǒng)亮；

5. 副鏡調(diào)制；

6. 主動光學(xué)和自適應(yīng)光學(xué)實現(xiàn)有利。

近年來，主動光學(xué)（側(cè)重于長時，來改變重力和溫度引起的形變）和自適應(yīng)光學(xué)（側(cè)重于短時，來自動補償大氣湍流導(dǎo)致像畸變的影響），以及光干涉等開拓了高分辨率天文學(xué)，其系統(tǒng)基本由采樣系統(tǒng)、波陣面檢測裝置、計算機、促動器構(gòu)成。

除了以上望遠鏡的基本認識外，通常對于成像的探測器（人眼、照相底片、光電倍增管、CCD）來說，也是各有差別。對于探測器的性能評價參數(shù)主要包括：探測率、暗噪聲（無入射時的輸出）、動態(tài)范圍（線性范圍）、量子效率（點個數(shù)輸入輸出比）與探測率（信噪比輸入輸出比）、響應(yīng)度與光譜響應(yīng)度、時間與空間分辨率。人眼相對來說不可積分、量子效率低、非線性響應(yīng)高、有著嚴重的人差；照相底片可積分、大視場望遠鏡匹配、客觀又可保存，但量子效率低、相應(yīng)也呈非線性、一次性使用、無法實時監(jiān)測；光電倍增管量子效率高、動態(tài)范圍大、與計算機聯(lián)接方便、時間分辨率高、噪聲小，但是屬于一元探測器、無法成像；CCD量子效率高、分光響應(yīng)范圍寬、線性度好、動態(tài)范圍寬、噪聲小，但是無內(nèi)部增益（必須匹配放大系統(tǒng)）、紫區(qū)響應(yīng)差、需要冷卻來降低暗流。從而這四種也分別對應(yīng)四種測光法：目視測光、照相測光、光電測光、CCD測光；而另一種分類則是以通帶半寬來決定的，分為寬帶（>30 mm）、中帶（10-30 mm）、窄帶（<10 mm）。測光中通常會給出好多波段的測光色指數(shù)，來進行相關(guān)處理。

除測光外，光譜觀測（連續(xù)譜、發(fā)射線、吸收線）可以從另一方面得到天體的物理信息，包括：視向速度、元素組成及豐度、氣體密度與溫度、星系紅移及磁場等。光譜探測的儀器是光譜儀，其由準直系統(tǒng)、色散系統(tǒng)和接收系統(tǒng)組成。根據(jù)色散原理可以分為：棱鏡光譜儀、光柵光譜儀；根據(jù)干涉原理可以分為：法布里-珀羅、邁克爾遜、傅里葉變換光譜儀。而在此系統(tǒng)中，通常借助棱鏡分光，分光儀器的參量包括：角色散、線色散、光譜純度、分辨本領(lǐng)（大塊光柵和階梯光柵可以提高）、光譜輻照度、工作光譜區(qū)等。而對于部分存在偏振性的天體輻射來說，偏振棱鏡、偏振片、波片都是對此研究的重要物品，在偏振測量中，誤差主要有1.光電流起伏噪聲、大氣閃爍造成的偶然誤差，2.天空背景的偏振變化、儀器偏振、偏振器件缺陷造成的系統(tǒng)誤差。而對于CCD光譜觀測和資料的處理步驟主要有：

1. 本底、平場的處理；

2. 去除宇宙線、冷點、熱點；

3. 抽取一維譜（目標星與標準星），同時消除背景影響；

4. 波場定標——將CCD上的像素點坐標轉(zhuǎn)化為波長坐標，利用當天拍攝的He/Ar燈，抽取燈譜，燈譜波長認證；

5. 色散軸改正；

6. 流量定標（標準星、考慮大氣消光）；

7. 連續(xù)譜歸一化；

8. 譜線分析：譜線輪廓、等值寬度、半寬全高、中心波長等。

而這些基本都是地面望遠鏡的種類，但是空間望遠鏡的波段范圍就特別寬，也可以專門定制固定波段的相關(guān)望遠鏡，如：硬X射線望遠鏡等等。下面兩張圖主要羅列了NASA已發(fā)射升空的衛(wèi)星或望遠鏡及其對應(yīng)的主要觀測源，以及未來的發(fā)射計劃（Tan., 2019）。

相應(yīng)的，中國對于空間的探測也正在蓬勃發(fā)展，尤其是去年成功發(fā)射、今年成功著陸火星的天問一號和祝融號火星車，用一次發(fā)射實現(xiàn)了NASA多次探索火星的過程；另外，屬于中國人自己的空間站正式開始投入研究使用，同樣證明了中國航天事業(yè)的能力與探索太空的憧憬和向往。但是，明顯的差距也同樣存在，后續(xù)的科學(xué)數(shù)據(jù)、科學(xué)問題仍然等待著一代又一代天文人去解決，也希望借此來給更多的讀者帶來一些思考。