1．天文望远镜
天文望远镜，是观测天体的重要仪器，可以毫不夸大地说，没有望远镜的诞生和发展，就没有现代天文学。随着望远镜在各方面性能的改进和提高，天文学也正经历着巨大的飞跃，天文望远镜迅速推进着人类对宇宙的认识。
从第一架光学望远镜到射电望远镜诞生，这300多年中，光学望远镜一直是天文观测最重要的工具，下面就对光学望远镜的发展作一个简单的介绍。
其一，折射式望远镜。
1608年，荷兰眼镜商人李波尔塞，偶然发现用两块镜片可以看清远处的景物，受此启发，他制造了人类历史第一架望远镜。
1609年，伽利略制作了一架口径4.2厘米，长约1.2米的望远镜。他是用平凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜，这种光学系统称为伽利略式望远镜。伽利略用这架望远镜指向天空，得到了一系列的重要发现，天文学从此进入了望远镜时代。
1611年，德国天文学家开普勒，用两片双凸透镜，分别作为物镜和目镜，使放大倍数有了明显的提高。以后，人们将这种光学系统称为开普勒式望远镜。现在人们用的折射式望远镜，还是这两种形式，天文望远镜采用的就是开普勒式。
折射望远镜的优点是焦距长，底片比例尺大，对镜筒弯曲不敏感，最适合于做天体测量方面的工作。但是，它总是有残余的色差，同时对紫外、红外波段的辐射吸收很厉害。而巨大的光学玻璃的制作也十分困难，直到1897年叶凯士望远镜出现，折射望远镜的发展达到了顶点。此后的这100年中，再也没有更大的折射望远镜出现。主要的原因在于技术方面，即无法铸造出大块完美无缺的玻璃做透镜，并且由于重力会使大尺寸透镜发生变形，进而丧失明锐的焦点。
其二，反射式望远镜。
第一架反射式望远镜，诞生于1668年。牛顿经过多次磨制非球面的透镜均告失败后，决定采用球面反射镜作为主镜。他用2.5厘米直径的金属，磨制成一块凹面反射镜，并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45度角的反射镜，使经主镜反射后的会聚光，经反射镜以90度角反射出镜筒后，到达目镜。这种系统称为牛顿式反射望远镜。它的球面镜虽然会产生一定的像差，但用反射镜代替折射镜却是一个巨大的成功。
1918年末，口径为254厘米的胡克望远镜投入使用，这是由海尔主持建造的。天文学家用这架望远镜，第一次揭示了银河系的真实大小和我们在其中所处的位置。更为重要的是，哈勃的宇宙膨胀理论就是用胡克望远镜观测的结果。
反射式望远镜有许多优点。比如，它没有色差，能在广泛的可见光范围内记录天体发出的信息，比折射望远镜更容易制作。但它也存在固有的不足，如口径越大视场越小；物镜需要定期镀膜等。
其三，折反射式望远镜。
折反射式望远镜，是1931年德国光学家施密特，用一块平行板的非球面薄透镜，作为改正镜，与球面反射镜配合，制成了可以消除球差和轴外像差的施密特式折反射望远镜。这种望远镜的特点是光力强、视场大、像差小。它适合拍摄大面积的天空照片，尤其是对暗弱星系的拍摄效果非常明显。目前施密特望远镜，已经成了天文观测的重要工具，最早出现于1814年。
我们知道，在地球表面有一层浓厚的大气，由于地球大气中各种粒子与天体辐射的相互作用（主要是吸收和反射相互作用），使得波段范围内的大部分天体辐射，无法到达地面。人们把离子能到达地面的波段形象地称为“大气的窗口”，这种“窗口”有以下三类。
光学窗口：波长在300～700纳米间，包括可见光波段（400～700纳米）。光学望远镜一直是地面天文观测的主要工具，这是最重要的一个窗口。
红外窗口：天文研究常用的有7个红外窗口，红外波段的范围在0.7～1000微米。由于地球大气中存在不同分子，它们吸收红外线波长不一致，造成红外波段的情况比较复杂。
射电窗口：射电波段，是指波长大于1毫米的电磁波。大气对射电波段也有少量的吸收，但在30～40毫米的范围内，大气几乎是完全透明的，现在一般把1毫米～30米的范围称为射电窗口。
大气对于其他波段，比如紫外线、X射线、γ射线等，均为不透明的。在人造卫星上天后，人类才实现这些波段的天文观测。
其四，红外望远镜。
最早的红外观测，可以追溯到18世纪末。但是，由于地球大气的吸收和散射，造成在地面进行的红外观测只局限于几个近红外窗口。要获得更多红外波段的信息，就必须进行空间红外观测。但是随着科技的发展，现代的红外天文观测，19世纪60～70年代，已经采用高空气球和飞机运载的红外望远镜或探测器进行观测。
1983年1月23日，美国、英国、荷兰联合发射了第一颗红外天文卫星IRAS。其主体是一个口径为57厘米的望远镜，主要从事巡天工作。IRAS的发射成功，极大地推动了红外天文在各个层次的发展。直到现在，IRAS的观测源仍然是多数天文学家研究的主要目标。
红外天文望远镜的实际工作寿命为30个月，对目标进行定点观测（IRAS的观测是巡天观测），这能有效地解决天文学家提出的问题。估计在不远的时间，以ISO数据为基础的研究将会成为天文学的热点之一。
实际上，从太阳系到宇宙使用红外望远镜与光学望远镜，有许多相同或相似之处。因此，科学家可以通过光学望远镜对地面设备进行一些改装，使它也能同时从事红外观测。这样，就可以用这些望远镜，在夜晚或白天进行红外观测，更大地发挥观测设备的效率。
其五，紫外望远镜。
紫外波段是介于X射线和可见光之间的频率范围。以前的紫外和可见光的划分界限在3900埃，当时以肉眼能否看到作为划分紫外波段标准。现代紫外天文学的观测波段为3100～100埃，和X射线相接。这是因为臭氧层对电磁波的吸收界限所决定的。
紫外波段的观测，在天体物理上有重要的意义。紫外观测要放在150千米的高度才能进行，这样做的主要目的是为了避开臭氧层和大气对它的吸收。原先的紫外观测，是用气球将望远镜载上高空。现在用了火箭、航天飞机和卫星等空间技术，才使紫外观测有了真正的发展。
紫外天文学，是全波段天文学的重要组成部分。自“哥白尼”号升空到现在，已经发展了紫外波段的EUV（极端紫外）、FUV（远紫外）、UV（紫外）等多种探测卫星，目前已覆盖了全部紫外波段。
其六，X射线望远镜。
X射线辐射的波段范围是0.01～10纳米，其中波长较短能量较高的波段称为硬X射线，波长较长的称为软X射线。天体的X射线，是根本无法到达地面的。只是在20世纪60年代人造地球卫星上天后，天文学家才获得了重要的观测成果，X射线天文学才发展起来。早期只能是对太阳的X射线进行观测。
其七，γ射线望远镜。
γ射线比硬X射线的波长更短，能量更高。由于地球大气的吸收，γ射线只能通过高空气球和人造卫星搭载的仪器进行天文观测。
受到康普顿空间天文台成功的鼓舞，欧洲和美国的科研机构，合作制订了一个新的γ射线望远镜计划—INTEGRAL，准备在21世纪送入太空。它的上天，将为康普顿空间天文台之后的γ射线天文观测的进一步发展奠定基础。
我们知道，地球大气严重吸收电磁波，所以我们在地面上只能进行射电、可见光和部分红外波段的观测。随着空间技术的发展，在大气外进行观测已成为现实，因此诞生了可以在大气层外观测的空间望远镜。空间观测设备与地面观测设备相比，有着极大的优势。以光学望远镜为例，它可以接收到较宽的波段，接收到的短波甚至可以延伸到100纳米。而且没有大气抖动，其分辨能力可以得到很大的提高，而且空间没有重力，仪器就不会因自重而变形。前面介绍的紫外望远镜、X射线望远镜、γ射线望远镜以及部分红外望远镜的观测，都是在地球大气层外进行的，也都属于空间望远镜。
其八，哈勃空间望远镜。
是由美国宇航局建造的四座巨型空间天文台中的一座，也是所有天文观测项目中规模最大、投资最多、最受公众关注的一项。它筹建于1978年，设计历时7年，1989年完成，并于1990年4月25日由航天飞机运载升空，耗资30亿美元。但是由于人为原因造成的主镜光学系统的球差，它不得不在1993年12月2日进行规模浩大的改造工作。成功的修复使哈勃空间望远镜的性能达到甚至超过了原先设计的目标，观测结果表明，它的分辨率比地面的大型望远镜高出好几十倍。
哈勃空间望远镜，对发展天文学有非常重要的影响。
其九，美国国家航空航天局空间天文望远镜。
空间望远镜（NGST）和空间干涉测量飞行任务（SIM），是美国国家航空航天局“起源计划”的关键项目，用于探索宇宙中星系和星团。其中，NGST是大孔径被动制冷望远镜，口径在4～8米，是HST和SIRTF（红外空间望远镜）的后续项目。它强大的观测能力主要体现在光学、近红外和中红外的大视场、衍射限成图方面。将运行于近地轨道的SIM采用迈克尔干涉方案，提供毫角秒级精度的恒星的精密绝对定位测量，同时由于具有综合成图能力，能产生高分辨率的图像，所以可以用于实现搜索其他行星等科学目的。
“天体物理的全天球天体测量干涉仪”（GAIA）将会对银河系的总体几何结构及其运动学做全面和彻底的普查，在此基础上，它将会开辟广阔的天体物理研究领域。GAIA采用Fizeau干涉方案，视场为1°。GAIA和SIM的任务在很大程度上是互补的。
一般房屋的屋顶，不是平的就是斜坡形的，唯独天文台的屋顶与众不同。远远望去，银白色的圆形屋顶，好像一个大馒头，在阳光照耀下闪闪发光。
为什么天文台要造成圆顶结构呢？难道是为了好看？事实上，天文台的圆顶完全不是为了好看，而是有它特殊的用途。我们看到的这些银白色的圆顶房屋，实际上是天文台的观测室，它的屋顶呈半圆球形。将天文台观测室设计成半圆形，是为了便于观测。在天文台里，人们通过天文望远镜来观察太空，天文望远镜往往做得非常庞大，不能随便移动。而天文望远镜观测的目标，又分布在天空的各个方向。如果采用普通的屋顶，就很难使望远镜随意指向任何方向上的目标。天文台的屋顶造成圆球形，并且在圆顶和墙壁的接合部装置了由计算机控制的机械旋转系统，使观测研究十分方便。这样，用天文望远镜进行观测时，只要转动圆形屋顶，把天窗转到要观测的方向，望远镜也就随之转到同一方向，再上下调整天文望远镜的镜头，就可以使望远镜指向天空中的任何目标了。
不用的时候，只要把圆顶上的天窗关起来，就可以保护天文望远镜不受风雨的侵袭。
当然，并不是所有的天文台的观测室都要做成圆形屋顶。有些天文观测，只需要对准南北方向进行，观测室就可以造成长方形或方形的，在屋顶中央开一条长条形天窗，天文望远镜就可以进行工作了。
天文台分类如下：光学天文台，主要装备各光学天文仪器，如光学天文望远镜、太阳镜等，从事方位天文学或天体物理学方面的研究；射电天文台，一般主要由巨型甚至超巨型的无线接收设备和基站等构成，装备射电望远镜，观察的范围更大，受干扰小，从事射电天文学的研究；空间天文台，主要由一些用于空间观测的人造卫星组成，配备非常先进的光学观测系统。
3．天球仪
天球仪，是清代中叶的科学家齐彦槐所制。齐彦槐（1774～1841年），字梅麓，从事天文学和农田水利方面的研究，卓有成就。天球仪是根据天象制造的计时仪器。清朝时，欧洲钟表传入中国，天球仪内部模仿其结构，用发条作动力，自动运转报时报刻。外部铜球，铸有各个星座。
天球仪与铜壶滴漏一样，体现了中国古代利用天象计时的特点。但是，天球仪的制造，已经受到欧洲钟表制造的影响。
天球就是在一个圆球面上绘全天88星座、低至五等星名、主要星云星团、古中国二十八宿及赤道、黄道、赤经圈和赤纬圈等几种天球坐标系的刻度。
