太阳系的监察者——望远镜
之前说了如此众多关于太阳的理论和现象，那么这种现象是不是可以实实在在就被看到或者观测到呢？喜帕恰斯作为“现代天文学之父”，确立了星等，而肉眼时代有一个伟大的观测家，名叫第谷，将肉眼观测的精确度达到了极致，这一方面反映出视力好，一方面反映出观测环境条件极佳。如今，单靠肉眼基本很难看到几颗星，这就需要借助一些仪器，而这些仪器的设计都是与天体研究的科学目标息息相关。
基于十九世纪中叶照相术、分光学、光度学的产生和发展。当前，获得天体信息的渠道主要有五个方面：1.电磁辐射（热辐射-加热维持自身温度：黑体辐射；非热辐射-靠其他激发过程维持辐射：回旋辐射-非相对论电子、同步辐射-相对论电子、曲率辐射-沿弯曲磁力线，等）；2.物质采样（陨石或月球、火星等实地采样）；3.宇宙线（原生宇宙线、衍生宇宙线）；4.中微子（研究超新星内部的坍缩，推知核心坍缩后的温度等）；5.引力波（棒状探测器、极光干涉仪来研究双星、大质量黑洞的相互作用过程等）。
但是，在地球上，由于受到大气折射（改变辐射方向）、大气消光（改变辐射成分/强度）、大气辐射（影响地面红外观测）、大气湍动（影响光学成像质量）的影响，地面望远镜的选址通常需要综合考虑：有效的测光夜和测光小时、大气视宁度、大气积分水汽含量、大气消光和夜天光、气象学参数等。
电磁辐射从短波到长波的划分，天文学又可以分为γ射线、X射线、（极）紫外、光学、（近/中/远）红外、射电天文学，而前三个也属于高能天文学。由于地面大气透射窗口只有光学、红外和射电，因此地面望远镜也只有这三大类。而在光学望远镜中，根据物镜种类可以分为折射、反射与折反射三类望远镜。三类望远镜各有优缺点：1.折射望远镜多用于天体测量和恒星天文的研究，其视场大、放大率高、星像稳定、仪器散光小、圆顶视宁度影响小，但是会受到自身重力变形、镜筒通常比较长、造价高、近紫外无法观测；2.反射望远镜多用于光度测量和分光观测，其无色差、光损失小、口径可造大、造价相对小、可以有多种焦点系统，但是镜面形状对温度敏感、需要定期镀膜、视场相对小；3.折反射望远镜多用于巡天，观测有视面天体和快速运动天体，其焦距短、光力强、可以搜寻暗弱天体、视场大，但是设备挡光不容易操作、改正镜特殊、往往尺寸有限。而衡量望远镜光学性能的物理参量主要有光学性能、机械性能两大类。光学性能主要包括：口径D、相对口径A、放大率与底面比例尺、视场w、贯穿本领（极限星等）、分辨本领、光能集中度；机械性能主要包括：指向精度和跟踪精度（主要由赤道装置、地平装置制约）、其他（运动速度、热控制、结构控制自动化、费用等）。
另外，根据望远镜所观测的波段和口径，得到其分辨率表达式为，不难看出，对于射电的波段，其口径往往要做得更大，才能与小口径的光学望远镜的分辨率不相上下。然而，射电望远镜不仅仅可以做成单口径的大望远镜，也可以在地基上进行多点布局构成射电阵列，达到一样的单口径分辨率。除光学和射电外，红外观测有着极其重要的意义。包括：
宇宙中大量天体处于低温状态，在4000 K以下的物质辐射能量峰值在中红外波段；
宇宙中大量天体埋在尘埃包层之中或被星际介质消光而尚未被发现，而红外辐射比光学波段受消光影响小；
天体的一些重要分子和原子的特征谱线及不少例子的发射线也出现在红外波段；
也是研究不同层次天体的重要手段：宇宙大尺度结构、类星体、活动星系、银河系结构到恒星形成区，以及恒星早晚期演化等。
对此，红外观测仪器的特殊要求就包括：
不采用封闭式镜筒，而用衍架结构；
光学系统焦比较大；
主镜镀银或镀金；
指向精度高、导星系统亮；
副镜调制；
主动光学和自适应光学实现有利。
近年来，主动光学（侧重于长时，来改变重力和温度引起的形变）和自适应光学（侧重于短时，来自动补偿大气湍流导致像畸变的影响），以及光干涉等开拓了高分辨率天文学，其系统基本由采样系统、波阵面检测装置、计算机、促动器构成。
除了以上望远镜的基本认识外，通常对于成像的探测器（人眼、照相底片、光电倍增管、CCD）来说，也是各有差别。对于探测器的性能评价参数主要包括：探测率、暗噪声（无入射时的输出）、动态范围（线性范围）、量子效率（点个数输入输出比）与探测率（信噪比输入输出比）、响应度与光谱响应度、时间与空间分辨率。人眼相对来说不可积分、量子效率低、非线性响应高、有着严重的人差；照相底片可积分、大视场望远镜匹配、客观又可保存，但量子效率低、相应也呈非线性、一次性使用、无法实时监测；光电倍增管量子效率高、动态范围大、与计算机联接方便、时间分辨率高、噪声小，但是属于一元探测器、无法成像；CCD量子效率高、分光响应范围宽、线性度好、动态范围宽、噪声小，但是无内部增益（必须匹配放大系统）、紫区响应差、需要冷却来降低暗流。从而这四种也分别对应四种测光法：目视测光、照相测光、光电测光、CCD测光；而另一种分类则是以通带半宽来决定的，分为宽带（>30 mm）、中带（10-30 mm）、窄带（<10 mm）。测光中通常会给出好多波段的测光色指数，来进行相关处理。
除测光外，光谱观测（连续谱、发射线、吸收线）可以从另一方面得到天体的物理信息，包括：视向速度、元素组成及丰度、气体密度与温度、星系红移及磁场等。光谱探测的仪器是光谱仪，其由准直系统、色散系统和接收系统组成。根据色散原理可以分为：棱镜光谱仪、光栅光谱仪；根据干涉原理可以分为：法布里-珀罗、迈克尔逊、傅里叶变换光谱仪。而在此系统中，通常借助棱镜分光，分光仪器的参量包括：角色散、线色散、光谱纯度、分辨本领（大块光栅和阶梯光栅可以提高）、光谱辐照度、工作光谱区等。而对于部分存在偏振性的天体辐射来说，偏振棱镜、偏振片、波片都是对此研究的重要物品，在偏振测量中，误差主要有1.光电流起伏噪声、大气闪烁造成的偶然误差，2.天空背景的偏振变化、仪器偏振、偏振器件缺陷造成的系统误差。而对于CCD光谱观测和资料的处理步骤主要有：
本底、平场的处理；
去除宇宙线、冷点、热点；
抽取一维谱（目标星与标准星），同时消除背景影响；
波场定标——将CCD上的像素点坐标转化为波长坐标，利用当天拍摄的He/Ar灯，抽取灯谱，灯谱波长认证；
色散轴改正；
流量定标（标准星、考虑大气消光）；
连续谱归一化；
谱线分析：谱线轮廓、等值宽度、半宽全高、中心波长等。
而这些基本都是地面望远镜的种类，但是空间望远镜的波段范围就特别宽，也可以专门定制固定波段的相关望远镜，如：硬X射线望远镜等等。下面两张图主要罗列了NASA已发射升空的卫星或望远镜及其对应的主要观测源，以及未来的发射计划（Tan., 2019）。
相应的，中国对于空间的探测也正在蓬勃发展，尤其是去年成功发射、今年成功着陆火星的天问一号和祝融号火星车，用一次发射实现了NASA多次探索火星的过程；另外，属于中国人自己的空间站正式开始投入研究使用，同样证明了中国航天事业的能力与探索太空的憧憬和向往。但是，明显的差距也同样存在，后续的科学数据、科学问题仍然等待着一代又一代天文人去解决，也希望借此来给更多的读者带来一些思考。
