对空间和星球的考察有两个主要途径，一是发射探测器，另一是使用各种望远镜和探测仪器进行观察。考察的目标当然首先就是我们赖以生存的恒星太阳。迄今，最为精密的两个太阳探测卫星是欧洲空间局与美国航天航空局共同研制的“尤里西斯”太阳极区探测器和太阳及日球层观测平台“SOHO”。它们的任务是观测研究太阳的三维辐射分布及太阳内部结构与动力过程，以及日冕高温的加热机制和太阳风的形成与喷发过程等。在对太阳内部活动、日核温度、日震、中微子亏缺、外层大气运动、磁场结构与变化、冕洞及太阳风高速粒子流等等剧烈运动现象的观测中，这两个探测器获得了大量宝贵的数据。“SOHO”在观测太阳期间还得到了额外的副产品：发现了上百颗彗星，获得了数颗彗星被太阳吞食的精彩镜头。
太阳系的其他星球也是近年来考察的重点。1989年升空的“麦哲伦”金星探测器运用先进的综合孔径雷达技术对金星表面90%的地区进行了详尽的雷达测绘，并得到了极高分辨率的金星表面三维数字地图，使科学家们对金星的地质地貌、火山活动等有了前所未有的了解。美国的“克莱门汀”和“月球勘探者”两个探测器先后对月面的极区进行了探测，获得了在月球两个极地中太阳无法照到的区域存在冰湖的证据。这对人类再次登月并建立永久性基地是个极为巨大的鼓舞。
射电望远镜阵列
2001年2月12日，近地小行星交会探测器“苏梅克”成功地在433号小行星“爱神星”的表面软着陆，完成了人类航天史上第一次无人飞船着陆小行星的壮举。这艘飞船在太空中飞行了5年，行程32亿千米之后实现了人们的夙愿。它上面携带了多种先进观测设备，对“爱神星”的形状、重力、质量、密度、磁场和化学组成等进行了详细考察，使人们对小行星以及太阳系的演化理论有了更新的认识。
2004年3月，欧洲航天局的彗星探测器“罗塞塔”号发射升空，2014年8月抵达距离地球近70亿千米的67P彗星，成为这颗彗星的卫星。“罗塞塔号”围绕67P彗星运转了两年，进行了数千次探测，并拍摄大量照片，还向彗星表面发射了着陆器“菲莱号”。科学家希望由此了解太阳系形成初期的彗星的情况，进一步探究太阳系甚至人类的起源。
从20世纪70年代开始，“先驱者10号”等探测器陆续对木星、土星、天王星和海王星等进行了大规模探测。2006年1月，美国发射“新视野号”探测器，其主要任务是探测冥王星及其最大的卫星卡戎（冥卫一）和探测位于柯伊柏带的小行星群。采用核动力的“新视野号”探测器每小时速度达到5.7万千米，用了9年多时间，终于达近48亿千米之外的冥王星。现在，“新视野号”继续向太阳系外部飞行，下一个目标是太阳系边缘的柯伊柏带，它将是人类遥控技术的极限。
除了这些探测器，天文望远镜在大量高新技术设备的武装下也有了质的飞跃。地球表面的大气层是天文观测的最大障碍，由于云层阻隔，大气抖动以及光污染等因素，使得地面观测设备很难全面发挥其效能，特别是天体的X射线、γ射线等波段的电磁辐射基本被大气层吸收。因此，摆脱大气层的影响是天文学观测发展的方向。天文学家借助航天技术将望远镜发射到太空中进行观测，开创了空间天文学的新领域。
“钱德拉”射电望远镜
“哈勃”望远镜、“康普顿”γ射线望远镜、“伦琴”X射线望远镜、“钱德拉”X射线望远镜、“SOHO”太阳望远镜等众多太空望远镜使人类的视野得到了极大的扩展。由丁肇中先生主持研制，中科院电工所夏平畴研究员参与的α磁谱仪更把探测的触角伸向了宇宙生成的最初一瞬间。
α磁谱仪
在这众多的探测仪器中，最引人注目、取得成果最多的，当属1990年升空的“哈勃”太空光学望远镜。这架重11.11吨，长13.2米的望远镜价值30亿元，以2.8万千米／小时的速度沿地球轨道运行。它以发现了宇宙膨胀的天文学家埃德温·哈勃的名字命名。科学家们希望它能够观测到宇宙的边缘，帮助人们找到研究宇宙起源和演变的最新资料。但是，“哈勃”望远镜却因经费、技术、管理等种种问题以及“挑战者”号航天飞机失事的影响，一直拖到1990年才被送上天。“哈勃”上天以后，科学家才发现其直径2.4米的主透镜边缘被磨得太平，多磨掉了0.25毫米，造成望远镜测量距离不够远的大麻烦。还有“哈勃”所带的太阳能电池板，它每跨过一次昼夜分割线就弯曲一次，引起本就模糊的图像跳动。美国航天航空局不得不花费重金对其进行了三次维修和改造。
哈勃天文望远镜
用哈勃太空望远镜拍摄到的银河深处
改造后的“哈勃”精度和灵敏度都有了大幅度提高，其所摄图像的分辨率可以达到0.1弧秒（1弧秒等于1/3600弧度），相当于从纽约能够看到东京一个伸开双臂的人双手所拿萤火虫的光亮。“哈勃”所拍到的最遥远天体，距离我们的星系有30000亿光年，是迄今人类所知的最遥远天体。来自“哈勃”的观测数据表明，宇宙膨胀的速度并不像科学家们乐观预测的那样在减慢，由于宇宙不断地膨胀，恒星也许将最终面临毁灭的命运，而宇宙也将漆黑一片。“哈勃”还能够发现星系中恒星体的化学成分和性质，并可进行紫外线波段观测。
但是“哈勃”并不能完全取代地面观测，相反“哈勃”和射电望远镜以及更高清晰度的地基望远镜结合起来工作效果会更好。同时，地基望远镜也在不断提升自己的观测能力，以其大口径、高分辨率在可见光、红外线、无线电等波段上进行观测。多镜面组合式的超大口径光学望远镜系统、长基线射电与光学干涉系统以及可改变镜面曲率以抵消大气抖动的自适应光学系统等众多高新技术的应用，使地基望远镜的分辨本领达到甚至超过了太空望远镜的水平。在空间和地面望远镜的共同观测中得到了近70颗拥有行星的恒星系统、星系物质的高速喷流、引力透镜效应、新型高能脉冲星、恒星从诞生到大爆发各阶段样本的精细图像、星系的相互碰撞、大质量黑洞与类星体、最遥远的星系等观测结果。几乎每一项新技术的运用都会导致新的重大天文发现。这一系列重大发现，大大丰富了人类知识宝库，对宇宙的诞生、发展与未来演化过程提供了更详尽的信息，同时也带来了更多的未解之谜。新的研究计划和观测仪器也在不断涌现，如水星探测器、冥王星探测器、暗物质和反物质探测器、引力波探测器、先进的火星探测器、新一代太空望远镜……科学家们正摩拳擦掌，期待一试身手。
进入21世纪后，不断传来关于射电望远镜的好消息。其中之一是一台新的全自动射电望远镜（GBT）在美国西弗杰尼亚格林班克落成。它的盘状天线直径有100米，新的技术应用保证它不受自身支撑臂影响，可以接受来自宇宙深处的微弱无线电信号。射电望远镜将把这些无线电信号收集起来并转变成可以用来分析的图像和曲线。
我国在观测仪器上也有了重大突破。2016年9月25日，在贵州平塘，500米口径球反射面望远镜（FAST）落成启用。这是目前地球上最大的单口径射电望远镜。FAST的500米口径球冠状反射面的主体被固定在洼地上，反射面由许多十几米大小的单元组成，各个单元可在计算机控制下改变位置，在指向目标的方向上形成300米瞬时抛物面。结合其他技术，FAST的观测天顶角增大到60度以上，它将在众多研究方向发挥作用，如：可以通过对中性氢的探测发现早期宇宙基本物质的分布特点；发现更多的脉冲星；作为国际甚长基线网的巨大单元参加联测，增加可观测目标；成为寻找地外文明的权威基地；为我国深空探测通信提供地面保障等。除了FAST外，我国还建设了LAMOST，世界上口径最大的大视场和光谱观测获取率最高的望远镜。LAMOST安装在中国科学院北京天文台兴隆观测站，它是光谱获取率最高的望远镜，可观测到比肉眼可见的最暗恒星还暗百万倍的恒星，这将极大促进我国在恒星、银河系、河外星系、活动星系核、星系团等各个领域的科学研究。
我国FAST射电望远镜落成投入使用
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