在地球表面进行的天文学观测研究会由于，地球大气层电磁辐射的干扰和阻隔而受到限制，只有光和无线电频率的电磁信号才不会被大气层所隔断，而在光和无线电波频率范围外的天文学研究非常重要。例如，在地球表面获取X射线是不可能的，同样的红外线和紫外线也被大气层阻断了。

因为地球的大气层对许多波段的天文观测影响很大，所以需要把天文学观察仪器放置到太空中。而且在地球大气层外围绕地球旋转的望远镜也不会受到眨眼效应（大气中空气流动造成的）的影响，还能避开地球表面人工光源的光污染。

目前已有不少空间望远镜在太空中运行，大大增加了我们对于宇宙的认识。太空望远镜可以根据电磁波谱的主要频段来区分，自高频至低频可以分为伽玛射线区、X射线区、紫外线区、可见光区、红外线区、微波区和无线电区。而波长和频率相反，频率越高波长越短，太空望远镜的工作区间便是上述中的一个或多个频段。

伽玛射线天文望远镜

伽玛射线可以来自超新星、中子星、脉冲星和黑洞，而具有极高能量的伽玛射线暴也已经被探测到，而伽玛射线会被大气层吸收，伽玛射线望远镜主要采集并观测宇宙中的高能伽玛射线源。

费米伽玛射线太空望远镜是在地球低轨道的伽马射线天文台，是美国、德国、法国、意大利、日本、瑞典联合，于2008年发射，用来进行大面积巡天以研究天文物理或宇宙论现象，如活动星系核、脉冲星、其他高能辐射来源和暗物质，另外，它搭载的伽玛射线爆监视系统可用来研究伽玛射线暴。

康普顿伽玛射线天文台是NASA于1991年发射的伽玛射线天文台，以在伽玛射线领域做出重要贡献的美国物理学家康普顿的名字命名，于1991年由亚特兰蒂斯号航天飞机搭载升空，是大型轨道天文台计划的四台太空望远镜之一。

康普顿伽玛射线天文台在轨期间进行了两次巡天，第一次巡天观测了蟹状星云、天鹅座X-1、天鹅座X-3等天体，第二次巡天包括银河系中心、超新星1987A等，并在4年时间里发现了271个伽玛射线源、记录了约2500个伽玛射线暴。康普顿伽玛射线天文台的设计寿命为5年，但一直工作了9年时间，2000年5月26日，在传回最后一次太阳观测资料后，最终在6月4日被引导坠入地球大气层，在太平洋上空烧毁。

X射线天文台

X射线的发射源有很多种天体，如星系中的超新星遗迹、恒星、白矮星、中子星或黑洞等，星系团可以通过星系核中的超大质量黑洞来发射X射线。太阳系中的有些天体也会发射X射线，而月球能够反射来自太阳的X射线，太阳风中的高能粒子高速撞击到月球表面后，还会激发月球表面的物质粒子，从而产生X射线，宇宙还有很多无法一一辨认的X射线源，一般认为它们发射的X射线集体形成了观测到的X射线背景。与伽玛射线类似，X射线在大气层中会被大幅吸收，X射线望远镜用于观测高能的X射线。

钱德拉X射线天文台是NASA于1999年发射的X射线天文台，以美国籍印度物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡命名，是大型轨道天文台计划的四台太空望远镜之一。其特点是兼具极高的空间分辨率和谱分辨率，被认为是X射线天文学上具有里程碑意义的空间望远镜，标志着X射线天文学从测光时代进入了光谱时代。

钱德拉X射线天文台取得了大量的成果，包括发现了中等质量黑洞的证据、发现伽玛射线暴中的X射线发射，观测到了银河系中心超大质量黑洞人马座A的X射线辐射，观测到了物质从原恒星盘落入恒星时发出的X射线等。

XMM-牛顿卫星是欧空局1999年发射的X射线天文台，具有极高的谱分辨本领。

紫外线天文台

紫外线来源于太阳以及其他恒星和星系，同样会被地球大气层大量吸收。紫外望远镜用于观测波长范围约为100至3200埃米（埃米是晶体学、原子物理、超显微结构等常用的长度单位，即纳米的十分之一）的紫外线。

极紫外探测器于1992年6月7日发射，使用于紫外线天文学的太空望远镜，是第一架有能力侦测波长范围在7至76奈米短波紫外线辐射的仪器，对全天空所做的巡天观测总共编录了801个天体，于2002年1月30日重返大气层烧毁。

远紫外分光探测器是约翰霍普金斯大学为NASA研制的一颗紫外线天文台，工作在电磁波谱中波长为90至120纳米的紫外波段，主要科学目标包括研究宇宙大爆炸初期的氘合成，宇宙中各种化学元素的丰度、星系的化学演化、星际介质等。

轨道天文台3号于1972年8月21日发射，是最成功的一次轨道天文台任务，装载了X射线检测器、口径80公分的紫外线望远镜，在发射成功之后，被重新命名为哥白尼号，以纪念波兰天文学家尼古拉斯·哥白尼的500周年诞辰。哥白尼号一直工作到1981年2月，送回了大量的X射线观察资料，以及数百颗高分辨率的恒星光谱。

在此之前还发射了3次轨道天文台任务：轨道天文台1号携带了观测紫外线、X-射线和伽马射线辐射的仪器，于1966年4月8日成发射升空，但因电源故障使得任务在发射三天后失败；轨道天文台2号在1968年12月7日发射，携带了11架紫外线望远镜，他成功的进行观测到1973年1月，对天文学有许多重大的发现和贡献，发现了彗星有极大的、直径数十万公里的氢冕包围在外面；轨道天文台B携带了口径38英寸的紫外线望远镜，在1973年11月3日发射之后，未能与火箭分离、坠入大西洋。

可见光天文望远镜

可见光是天文学中最古老的形式，所覆盖的研究范围大约为4000至7000埃米。将一台光学望远镜置于太空中，可以消除一切大气层对光学观测带来的影响（参见视宁度，视宁度是指望远镜显示图像的清晰度），从而能够得到更高分辨率的成像，光学望远镜可以用来观测恒星、星系、星云、原行星盘等众多天体。

哈勃太空望远镜是以天文学家爱德温·哈勃为名，于1990年发射，已经成为天文史上最重要的仪表，是大型轨道天文台计划的四台太空望远镜之一。它成功弥补了地面观测的不足，哈勃帮助解决了一些长期困扰天文学家的问题，使得人类对天文物理有更多的认识，而且导出了新的整体理论来解释这些结果，使我们对宇宙的扩张速率和年龄有更正确的认知。

它的超深空视场则是目前能获得的最深入、也是最敏锐的太空光学影像，哈勃也被用来改善宇宙年龄的估计，经由哈勃太空望远镜的观测资料，宇宙的年龄是137亿年。由哈勃提供的高解析光谱和影像证实了黑洞存在于星系核中的学说，哈勃的计划在未来将着重于星系核心黑洞质量和星系本质的紧密关联上，哈勃还获得了自从1979年航海家二号飞掠木星之后最为清晰的影像，并且很幸运地捕捉了数个世纪才会发生一次的彗星碰撞木星的动力学事件，它也被用来研究太阳系外围的天体，包括矮行星冥王星和阋神星。

红外线天文台

红外线的能量要低于可见光，因此某些具有较低温度而不能辐射可见光的天体则可以发射红外线，包括温度较低的恒星（如褐矮星）、暗星云、红移星系等。

红外天文卫星是在太空中的天文台，以红外线巡天、执行勘查整个天空的任务，于1983年1月25日发射升空，任务执行了10个月之久，发现了50万个红外线源，大约有7.5万个是仍然处在恒星诞生阶段的星爆星系，其他许多则是处在行星形成阶段，有尘埃组成的星盘环绕着的一般恒星。

斯皮策太空望远镜是NASA于2003年发射的一颗红外天文台，是大型轨道天文台计划的最后一台空间望远镜。由于设备本身也能产生红外线热量，所以斯皮策太空望远镜保持低温工作，工作温度低至零下267摄氏度，能看到太冷而不能发出太多可见光的东西，包括系外行星、褐矮星和在恒星之间的空间中发现的冷物质。

斯皮策太空望远镜还研究了一些最遥远的星系，它们中的一些天体发出的光到达我们这里时已经传播了数十亿年，使科学家能够看到这些天体很久以前的样子，加深了我们对宇宙形成过程中星系形成的理解。斯皮策太空望远镜还对星际尘埃有敏锐的洞察力，星际尘埃在大多数星系中都普遍存在，它与大量云中的气体混合，可以凝结成恒星，残骸可以孕育行星。

通过一种叫做光谱学的技术，可以分析尘埃的化学成分，了解形成行星和恒星的成分，斯皮策在土星周围发现了一个以前未被发现的环，由可见光观测站看不到的稀疏尘埃粒子组成。此外，当可见光不能穿透尘埃时，一些红外线波长的光可以穿透尘埃，这使得斯皮策太空望远镜能够揭示出原本在视线范围内仍被遮挡的区域。

斯皮策还有一些关于系外行星的发现，使用了一种称为凌日法的技术来确认行星，凌日法是寻找行星在其前方经过时在恒星光线中产生的倾角，然后斯皮策太空望远镜在同一个系统中发现了五颗地球大小的行星，这是迄今为止在一颗恒星周围发现的最大一批类地系外行星。在2020年1月30日，望远镜被人为主动关闭、结束任务。

赫歇尔太空天文台是欧空局的一颗空间天文台，于2009年升空，原名“远红外线和亚毫米波望远镜”，为纪念发现红外线的英国天文学家赫歇尔而命名为“赫歇尔空间天文台”，是第一个在空间中对整个远红外线和亚毫米波进行观测的天文台。将专门搜集来自遥远的不知名天体的微弱光线，由于设备本身也能产生红外线热量、需保持低温工作，2013年4月29日，赫歇尔太空天文台因致冷剂耗尽而结束任务。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是计划中的红外线太空望远镜，以美国宇航局第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名，曾领导了 *** 计划等一系列美国重要的太空探测项目。由NASA，欧洲航天局和加拿大航天局开发，主要承包商是诺斯罗普·格鲁曼公司，开发于1996年开始，原计划耗费5亿美元并于2007年发射升空，但由于各种原因，导致项目严重超支，发射时间数次推迟，发射日期已推迟到2021年10月，当前的开发成本超过100亿美元。

它拥有一个直径6.5米、分割成18面镜片的主镜，放置于太阳─地球的第二拉格朗日点，飘荡在地球背向太阳的后面150万公里的太空。一个大型遮阳板将保持它的镜片和四个科学仪器温度低于50开，该望远镜的主要的任务是调查大爆炸理论的残余红外线证据（宇宙微波背景辐射），即观测今天可见宇宙的初期状态，为此它配备高灵敏度红外线传感器、光谱器等。为便于观测，机体要能承受极度低温，也要避开太阳光与地球反射光等等，为此望远镜附带了可折叠遮光板，以屏蔽会成为干扰的光源。

因其处于拉格朗日点，地球、太阳与望远镜三者的视界总处于一定的相对位置，不用频繁的修正位置也能让遮光板发挥功效，重力相对稳定，故相对于邻近天体来说可以保持不变的位置，不用频繁地进行位置修正，可以更稳定的进行观测，而且还不会受到地球轨道附近灰尘的影响。

微波望远镜

微波频率的光子数量庞大，但由于单个此类光子的能量很低，观测它们需要采集足够多的数量，微波辐射的主要观测对象包括宇宙微波背景辐射、苏尼亚耶夫泽尔多维奇效应，以及来自我们银河系的同步辐射和轫致辐射等。

宇宙背景探测者也称为探险家66号，是建造来探索宇宙论的第一颗卫星，他的目的是调查宇宙间的宇宙微波背景辐射，测量和提供的结果将可以协助提供我们了解宇宙的形状，这工作也将可以巩固宇宙的大霹雳理论，这个计划的两位主要研究员，乔治·斯穆特和约翰·马瑟在2006年获得诺贝尔物理奖。

普朗克巡天者是NASA和欧空局的科学计划，于2009年升空，以1918年获得诺贝尔物理奖的德国科学家马克斯·普朗克命名，将以史无前例的高灵敏的角解析力获取宇宙微波背景辐射在整个天空的的各向异性图。普朗克巡天者将提供几个宇宙学和天体物理学的主要讯息，例如，测试早期宇宙的理论和宇宙结构的起源。

射电望远镜

无线电波也称射电，射电源有超新星遗迹、激微波、引力透镜、星爆星系等多种天体，大气层对于无线电波而言是透明的。地面经典射电望远镜的基本原理是和光学反射望远镜相似，投射来的电磁波被一精确镜面反射后，同相到达公共焦点，在焦点处放大10～1000倍，并变换成较低频率，然后再进一步放大、检波，最后以适于特定研究的方式进行记录、处理和显示，如FAST、阿雷西博等。太空中的射电望远镜主要用于进行甚长基线干涉测量，是天体测量和天体物理研究的技术方法。

FAST射电望远镜又被称为“中国天眼”，是中国科学院国家天文台的一座射电望远镜，主体工程2011年开工，2016年落成，是目前世界上最大的填充口径射电望远镜，还是仅次于俄罗斯RATAN-600环状射电望远镜的世界第二大的单一口径射电望远镜。

阿雷西博射电望远镜口径为305米，建成于1963年，位于波多黎各，由史丹佛国际研究中心、美国国家科学基金会与康奈尔大学管理，主要用于对射电天文学、大气科学、雷达天文学等领域进行研究。阿雷西博望远镜发现了水星的自转周期、证明了中子星的存在，第一次直接观测到小行星影像，辅助发现了第一批系外行星，发现了第一个脉冲双星系统、第一个毫秒脉冲星。2020年12月1日，塔尖折断、接收设备平台坠落并砸毁了望远镜反射盘表面，望远镜本身全毁。

粒子探测卫星

除此之外还有进行粒子探测的卫星，主要用于寻找宇宙射线和电子，它们可以来自太阳、银河系和河外星系中的源，也有来自活动星系核的超高能宇宙线。

暗物质粒子探测卫星命名为“悟空”，于2015年升空，是中国第一个空间望远镜，用于探测暗物质，是现今观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子空间探测器。

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