পর্যবেক্ষণমূলক জ্যোতির্বিজ্ঞান

পর্যবেক্ষণমূলক জ্যোতির্বিজ্ঞান বলতে জ্যোতির্বিজ্ঞানের একটি শাখাকে বোঝায়, যেখানে পর্যবেক্ষণযোগ্য মহাবিশ্ব সম্পর্কে তথ্য যন্ত্রস্থ বা নথিবদ্ধ করা হয়। এটির বিপরীত ক্ষেত্রটি হল তাত্ত্বিক জ্যোতির্বিজ্ঞান, যেখানে মূলত ভৌত প্রতিমানের পরিমাপযোগ্য প্রভাব গণনা করা হয়। পর্যবেক্ষণমূলক জ্যোতির্বিজ্ঞানে দূরবীক্ষণ যন্ত্র এবং অন্যান্য জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক যন্ত্র ব্যবহার করে মহাকাশের জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক বস্তু পর্যবেক্ষণ চর্চা ও অধ্যয়ন করা হয়।
একটি বৈজ্ঞানিক শাস্ত্র হিসেবে জ্যোতির্বিজ্ঞানের অধ্যয়ন কিছুটা বাধার সম্মুখীন হয়, কারণ বহু-দূরবর্তী মহাবিশ্বের বৈশিষ্ট্য নিয়ে সরাসরি পরীক্ষা-নিরীক্ষা সম্ভব নয়। তা সত্ত্বেও জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের কাছে নাক্ষত্রিক ঘটনার বিশাল সংখ্যক দৃশ্যমান ও পরীক্ষণীয় দৃষ্টান্ত বিদ্যমান, যা ঐ সমস্যার আংশিক সমাধান করে। এর ফলে পর্যবেক্ষণমূলক তথ্য লেখচিত্রে বিন্দু যোগ করে অঙ্কন করা এবং তথ্যগুলির সাধারণ প্রবণতাও লিপিবদ্ধ করা সম্ভব। নির্দিষ্ট কোনও মহাজাগতিক ঘটনার নিকটবর্তী দৃষ্টান্তগুলিকে (যেমন বিষমতারা) আরও দূরবর্তী প্রতিনিধিদের আচরণ অনুমান করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। সেই দূরবর্তী মাপকাঠিগুলি আবার মহাবিশ্বের সেই এলাকার অন্যান্য ঘটনা পরিমাপ করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, যার মধ্যে কোনও ছায়াপথের দূরত্বও অন্তর্ভুক্ত।
গালিলেও গালিলেই (গ্যালিলিও গ্যালিলেই) আকাশের দিকে দূরবীক্ষণ যন্ত্র ঘুরিয়ে যা দেখেছিলেন তা লিপিবদ্ধ করেছিলেন। সেই সময় থেকে দূরবীক্ষণ প্রযুক্তির উত্তরোত্তর উন্নতির সাথে সাথে পর্যবেক্ষণমূলক জ্যোতির্বিজ্ঞান শাস্ত্রটিও ক্রমাগত অগ্রগতি লাভ করেছে।
ঐতিহ্যগতভাবে পর্যবেক্ষণমূলক জ্যোতির্বিজ্ঞানকে পর্যবেক্ষণকৃত তড়িৎ চৌম্বকীয় বর্ণালীর অঞ্চলের উপর ভিত্তি করে নিচের মতো শাখাবিভক্ত করা হয়েছে:
তড়িৎ-চুম্বকীয় বিকিরণ ব্যবহারের পাশাপাশি আধুনিক জ্যোতির্পদার্থবিজ্ঞানীরা নিউট্রিনো, মহাজাগতিক রশ্মি বা মহাকর্ষীয় তরঙ্গ ব্যবহার করেও পর্যবেক্ষণ সম্পাদন করতে পারেন। একাধিক পদ্ধতি ব্যবহার করে একটি উৎস পর্যবেক্ষণ করাকে বহু-বার্তাবাহক জ্যোতির্বিজ্ঞান বলা হয়।
ভূমি-ভিত্তিক মানমন্দির থেকে আলোকীয় এবং বেতার জ্যোতির্বিজ্ঞানের গবেষণাকর্ম সম্পাদন করা যেতে পারে। এর কারণ এই সব তরঙ্গদৈর্ঘ্য শনাক্তকরণের জন্য বায়ুমণ্ডল তুলনামূলকভাবে স্বচ্ছ থাকে। পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের কারণে সৃষ্ট শোষণ এবং বিকৃতি কমানোর জন্য এই মানমন্দিরগুলিকে সাধারণত উচ্চ অবস্থানে স্থাপন করা হয়। কিছু তরঙ্গদৈর্ঘ্যের অবলোহিত আলো জলীয় বাষ্প দ্বারা ব্যাপকভাবে শোষিত হয়, তাই অনেক অবলোহিত মানমন্দিরকে অনেক বেশি উচ্চতায় কোনও শুষ্ক স্থানে অথবা মহাকাশে স্থাপন করা হয়।
রঞ্জনরশ্মি জ্যোতির্বিজ্ঞান, গামা-রশ্মি জ্যোতির্বিজ্ঞান, অতিবেগুনি জ্যোতির্বিজ্ঞান এবং (কিছু তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসর বাদে) দূর-অবলোহিত জ্যোতির্বিজ্ঞানে ব্যবহৃত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ক্ষেত্রে বায়ুমণ্ডল অস্বচ্ছ, তাই এসব শাখার পর্যবেক্ষণগুলি বেশিরভাগ ক্ষেত্রে বেলুন বা মহাকাশ পর্যবেক্ষণ কেন্দ্র থেকে করতে হয়। তবে শক্তিশালী গামা রশ্মিগুলি তাদের দ্বারা উৎপন্ন বৃহৎ বায়ু বর্ষণের মাধ্যমে শনাক্ত করা যেতে পারে এবং মহাজাগতিক রশ্মির অধ্যয়ন জ্যোতির্বিজ্ঞানের একটি দ্রুত বর্ধনশীল শাখা।
পর্যবেক্ষণমূলক জ্যোতির্বিজ্ঞানের ইতিহাসের বেশিরভাগ সময় ধরে প্রায় সমস্ত পর্যবেক্ষণ আলোকীয় দূরবীক্ষণ যন্ত্রের সাহায্যে দৃশ্যমান বর্ণালীতে সম্পাদিত হয়েছিল। যদিও পৃথিবীর বায়ুমণ্ডল তড়িৎ-চুম্বকীয় বর্ণালীর এই অংশে তুলনামূলকভাবে স্বচ্ছ, তবুও বেশিরভাগ দূরবীক্ষণ যন্ত্রের কাজ এখনও দেখার পরিস্থিতি এবং বায়ুর স্বচ্ছতার উপর নির্ভরশীল এবং সাধারণত রাত্রিকালীন সময়েই সীমাবদ্ধ। দেখার পরিস্থিতি বাতাসের অস্থিরতা এবং তাপীয় তারতম্যের উপর নির্ভর করে। যেসব স্থান ঘন ঘন মেঘলা থাকে বা যেখানে বায়ুমণ্ডলীয় অস্থিরতা দেখা দেয়, সেসব স্থানে পর্যবেক্ষণের বিভেদন সীমিত হয়। একইভাবে পূর্ণিমার উপস্থিতি আকাশকে বিক্ষিপ্ত আলো দিয়ে আলোকিত করতে পারে, যা ক্ষীণ বস্তুর পর্যবেক্ষণকে বাধাগ্রস্ত করে।
পর্যবেক্ষণের উদ্দেশ্যে একটি আলোকীয় দূরবীক্ষণ যন্ত্রের জন্য সর্বোত্তম অবস্থান সন্দেহাতীতভাবেই মহাকাশ। সেখানে যন্ত্রটি বায়ুমণ্ডলের দ্বারা প্রভাবিত না হয়েও পর্যবেক্ষণ করতে পারে। তবে বর্তমানে দূরবীক্ষণ যন্ত্রগুলিকে কক্ষপথে উত্তোলন করা ব্যয়বহুল। তাই পরবর্তী সেরা অবস্থানগুলি হল কিছু পর্বতশৃঙ্গ যেখানে প্রচুর সংখ্যক মেঘহীন দিন থাকে এবং সাধারণত উত্তম বায়ুমণ্ডলীয় অবস্থা থাকে (ভালো দেখার পরিস্থিতিসহ)। হাওয়াই দ্বীপপুঞ্জের মাউনা কেয়া এবং লা পালমা দ্বীপপুঞ্জের চূড়াগুলিতে এই বৈশিষ্ট্যগুলি রয়েছে। এছাড়া চিলির ইয়ানো দে চাহনান্তোর, পারানাল, সেররো তোলোলো এবং লা সিইয়ার মতো অন্তর্দেশীয় অবস্থানগুলিতে কিছুটা কম পরিমাণে হলেও এই বৈশিষ্ট্যগুলি রয়েছে। এই মানমন্দিরগুলিতে শক্তিশালী দূরবীক্ষণ যন্ত্রের সমাহার ঘটেছে, যেগুলি মোট বিনিয়োগের পরিমাণ বহু শত কোটি মার্কিন ডলার।
রাতের আকাশের অন্ধকার আলোক জ্যোতির্বিজ্ঞানের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়। শহর ও জনবহুল এলাকার আকার বৃদ্ধির সাথে সাথে রাতে কৃত্রিম আলোর পরিমাণও বৃদ্ধি পেয়েছে। এই কৃত্রিম আলোগুলি একটি বিক্ষিপ্ত পটভূমিক আলোকপাত তৈরি করে যা বিশেষ ছাঁকনি বা পরিস্রাবক ছাড়া ক্ষীণ জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক বৈশিষ্ট্যগুলি পর্যবেক্ষণ করা খুব কঠিন করে তোলে। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের অ্যারিজোনা অঙ্গরাজ্য এবং যুক্তরাজ্যের কয়েকটি স্থানে তাই আলোক দূষণ হ্রাসের জন্য প্রচারণা অভিযান শুরু হয়েছে। রাস্তার আলোর চারপাশে ঢাকনি ব্যবহার কেবল মাটির দিকে নির্দেশিত আলোর পরিমাণই উন্নত করে না, বরং আকাশের দিকে নির্দেশিত আলো কমাতেও সাহায্য করে।
বায়ুমণ্ডলীয় প্রভাব (জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক দর্শন ) একটি দূরবীক্ষণ যন্ত্রের বিভেদনকে গুরুতরভাবে বাধাগ্রস্ত করতে পারে। পরিবর্তনশীল বায়ুমণ্ডলের অস্পষ্টতা সৃষ্টিকারী প্রভাব সংশোধনের কোনও উপায় ছাড়া প্রায় ১৫-২০ সেন্টিমিটারের চেয়ে বড় উন্মেষবিশিষ্ট দূরবীক্ষণ যন্ত্রগুলি দৃশ্যমান তরঙ্গদৈর্ঘ্যে তাদের তাত্ত্বিক বিভেদন অর্জন করতে পারে না। এর ফলে অতিবৃহৎ দূরবীক্ষণ যন্ত্র ব্যবহারের মূল সুবিধা হল উন্নত আলো সংগ্রহের ক্ষমতা, যার ফলে আলোক খুব ক্ষীণ মাত্রাও পর্যবেক্ষণ করা সম্ভব হয়। তবে অভিযোজী আলোকবিজ্ঞান, কণা চিত্রণ ও ব্যতিচারমাপক চিত্রণ এবং এগুলির পাশাপাশি মহাকাশ দূরবীক্ষণ যন্ত্র ব্যবহারের মাধ্যমে বিজ্ঞানীরা বিভেদন সংক্রান্ত প্রতিবন্ধকতা কাটিয়ে উঠতে শুরু করেছেন।
জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের কাছে মহাকাশের ঘটনাবলী পরিমাপ করার জন্য বেশ কিছু পর্যবেক্ষণমূলক সরঞ্জাম রয়েছে। সূর্য ও পৃথিবীর তুলনামূলকভাবে কাছাকাছি অবস্থিত বস্তুগুলির জন্য, আরও দূরবর্তী (এবং এর ফলে প্রায় স্থির) পটভূমিতে সরাসরি এবং খুব সুনির্দিষ্ট অবস্থান পরিমাপ করা যেতে পারে। এই ধরনের প্রাথমিক পর্যবেক্ষণগুলি বিভিন্ন গ্রহের খুব সুনির্দিষ্ট কক্ষপথ প্রতিমান (মডেল) তৈরি করতে এবং তাদের নিজ নিজ ভর এবং মহাকর্ষীয় বিঘ্ন নির্ধারণ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল। এইসব পরিমাপের ফলে ইউরেনাস, নেপচুন এবং (পরোক্ষভাবে) প্লুটো গ্রহ আবিষ্কার করা সম্ভব হয়েছিল। কিন্তু এগুলি ব্যবহারের ফলে বুধ গ্রহের কক্ষপথে একটি কাল্পনিক গ্রহ ভলকান থাকার ভুল ধারণাও তৈরি হয়েছিল (যদিও বুধ গ্রহের কক্ষপথের অয়নচলনের বিষয়ে আইনস্টাইনের ব্যাখ্যা তাঁর সাধারণ আপেক্ষিকতা তত্ত্বের অন্যতম বিজয় বলে বিবেচিত হয়)।
দৃশ্যমান আলোক বর্ণালীতে মহাবিশ্বের পর্যবেক্ষণ ছাড়াও জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা ক্রমবর্ধমানভাবে তড়িৎ-চুম্বকীয় বর্ণালীর অন্যান্য অংশ থেকে তথ্য অর্জন করতে সক্ষম হয়েছেন। সূর্যের তাপীয় বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে এই ধরণের অ-আলোকীয় পরিমাপ সম্পাদন করা হয়েছিল। সূর্যগ্রহণের সময় ব্যবহৃত যন্ত্রগুলি দিয়ে জ্যোতির্বলয় থেকে বিকিরণ পরিমাপ করা যেতে পারে।
বেতার তরঙ্গ আবিষ্কারের সাথে সাথে জ্যোতির্বিজ্ঞানের একটি নতুন শাখা হিসেবে বেতার জ্যোতির্বিজ্ঞান আবির্ভূত হতে শুরু করে। বেতার তরঙ্গের দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য ভালো বিভেদনের চিত্র তৈরির জন্য অনেক বড় সংগ্রাহক থালার প্রয়োজন হত এবং পরবর্তীতে উচ্চ-বিভেদনের উন্মেষ সংশ্লেষণ বেতার চিত্র (বা "বেতার মানচিত্র") তৈরির জন্য বহু-থালাবিশিষ্ট ব্যতিচারমাপকের বিকাশ ঘটে। শৃঙ্গাকৃতি অণুতরঙ্গ গ্রাহকের বিকাশের ফলে মহাবিস্ফোরণের সাথে সম্পর্কিত অণুতরঙ্গ পটভূমি বিকিরণ আবিষ্কার করা সম্ভব হয়েছিল।
বেতার জ্যোতির্বিজ্ঞান তার ক্ষমতা বৃদ্ধি করে চলেছে, এমনকি বেতার জ্যোতির্বিজ্ঞান উপগ্রহ ব্যবহার করে পৃথিবীর আকারের চেয়ে অনেক বড় ভূমিরেখাসহ ব্যতিচারমাপক তৈরি করা হয়েছে। তবে অন্যান্য কাজে বেতার বর্ণালীর ক্রমবর্ধমান ব্যবহার নক্ষত্রগুলি থেকে আসা ক্ষীণ বেতার সংকেতগুলিকে ধীরে ধীরে ছাপিয়ে যাচ্ছে। এ কারণে ভবিষ্যতে বেতার জ্যোতির্বিজ্ঞান চাঁদের দূরপৃষ্ঠের মতো সুরক্ষিত স্থান থেকে সম্পাদিত হতে পারে।
বিংশ শতাব্দীর শেষভাগে জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক যন্ত্রগুলিতে দ্রুত প্রযুক্তিগত অগ্রগতি সাধিত হয়। আলোকীয় দূরবীক্ষণ যন্ত্রগুলি আকারে ক্রমশ বড় হতে থাকে এবং বায়ুমণ্ডলীয় প্রভাবজনিত অস্পষ্টতা আংশিকভাবে সমাধান করার জন্য অভিযোজী আলোকবিজ্ঞান ব্যবহার করে। এ সময় মহাকাশে নতুন দূরবীক্ষণ যন্ত্র উৎক্ষেপণ করা হয় এবং তড়িৎ-চুম্বকীয় বর্ণালীর অবলোহিত, অতিবেগুনী, রঞ্জন রশ্মি ও গামা রশ্মি অংশে মহাবিশ্ব পর্যবেক্ষণ শুরু করা হয়। সেইসাথে মহাজাগতিক রশ্মিও পর্যবেক্ষণ করা হয়। ব্যতিচারমাপক যন্ত্রের সারিগুলি বেতার, অবলোহিত ও আলোকীয় তরঙ্গদৈর্ঘ্যে উন্মেষ সংশ্লেষণ ব্যবহার করে প্রথমবারের মতো অত্যন্ত উচ্চ-বিভেদনের চিত্র তৈরি করে। হাবল মহাকাশ দূরবীক্ষণ যন্ত্রের মতো কক্ষপথে আবর্তনশীল যন্ত্রগুলি ক্ষীণ বস্তুর দৃশ্যমান-আলো পর্যবেক্ষণের জন্য কর্মীঘোড়া হিসেবে কাজ করার মাধ্যমে জ্যোতির্বিজ্ঞানে আহরিত জ্ঞানের দ্রুত অগ্রগতি সাধন করে। উন্নয়নাধীন নতুন মহাকাশ যন্ত্রগুলি অন্যান্য নক্ষত্রের চারপাশের গ্রহগুলিকে সরাসরি পর্যবেক্ষণ করবে বলে আশা করা হচ্ছে, এমনকি সম্ভবত কিছু পৃথিবী-সদৃশ বিশ্বও এভাবে পর্যবেক্ষণ করা হতে পারে।
দূরবীক্ষণ যন্ত্র ছাড়াও জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা পর্যবেক্ষণের জন্য অন্যান্য যন্ত্র ব্যবহার শুরু করেছেন।
নিউট্রিনো জ্যোতির্বিজ্ঞান হল জ্যোতির্বিজ্ঞানের একটি শাখা যা বিশেষ মানমন্দিরে সাধারণত বিশাল ভূগর্ভস্থ আধারে নিউট্রিনো শনাক্তকারক যন্ত্রের মাধ্যমে জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক বস্তু পর্যবেক্ষণ করে। নক্ষত্র এবং অতিনবতারার বিস্ফোরণের সময় পারমাণবিক বিক্রিয়াগুলি অত্যন্ত বেশি সংখ্যক নিউট্রিনো নামক কণা উৎপন্ন করে, যার মধ্যে খুব কমসংখ্যক নিউট্রিনো দূরবীক্ষণ যন্ত্র দ্বারা শনাক্ত করা যায়। সূর্যের কেন্দ্রের মতো স্থান, যেগুলিতে সংঘটিত প্রক্রিয়াগুলি আলোকীয় দূরবীক্ষণ যন্ত্রের দ্বারা অভিগম্য নয়, সেগুলি পর্যবেক্ষণের সম্ভাবনা নিউট্রিনো জ্যোতির্বিজ্ঞানের বিকাশের মূল অনুপ্রেরণা।
মহাকর্ষীয় তরঙ্গ শনাক্তকারী যন্ত্রগুলি নকশা করা হচ্ছে যা নিউট্রন তারা বা কৃষ্ণগহ্বরের মতো বিশাল বস্তুর সংঘর্ষের মতো ঘটনাগুলি ধারণ করতে পারে।
সৌরজগতের গ্রহগুলির অত্যন্ত বিস্তারিত পর্যবেক্ষণের জন্য স্বয়ংক্রিয় (রোবোটচালিত) মহাকাশযানগুলিও ক্রমবর্ধমানভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে, যার ফলে গ্রহসম্পর্কীয় বিজ্ঞানের ক্ষেত্রটি এখন ভূতত্ত্ব এবং আবহাওয়াবিজ্ঞান শাস্ত্রগুলির সাথে উল্লেখযোগ্যভাবে সংযুক্ত।
প্রায় সকল আধুনিক পর্যবেক্ষণমূলক জ্যোতির্বিজ্ঞানের মূল যন্ত্র হল দূরবীক্ষণ যন্ত্র। এটি দুইটি উদ্দেশ্যে কাজ করে: অধিকতর আলো সংগ্রহ করে খুব ক্ষীণ বস্তুগুলি পর্যবেক্ষণ করা এবং চিত্রটিকে বিবর্ধন করে ছোট এবং দূরবর্তী বস্তুগুলি পর্যবেক্ষণ করা । আলোক জ্যোতির্বিজ্ঞানের জন্য এমন দূরবীক্ষণ যন্ত্রের প্রয়োজন হয়, যা অত্যন্ত নির্ভুলতার সাথে আলোক যন্ত্রাংশগুলি ব্যবহার করে। যেমন একটি বাঁকা দর্পণ ঘষা ও পালিশ করার জন্য দর্পণপৃষ্ঠটিকে একটি নির্দিষ্ট শঙ্কু আকৃতির আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের একটি ভগ্নাংশের মধ্যে থাকা প্রয়োজন। অনেক আধুনিক "দূরবীক্ষণ যন্ত্র" আদতে দূরবীক্ষণ যন্ত্রের সারি বা গুচ্ছ (অ্যারে) নিয়ে গঠিত, যা উন্মেষ সংশ্লেষণের মাধ্যমে উচ্চতর বিভেদন প্রদানের জন্য একসাথে কাজ করে।
আবহাওয়া থেকে সুরক্ষিত করার জন্য এবং পরিবেশগত পরিস্থিতি স্থিতিশীল করার জন্য, বড় দূরবীক্ষণ যন্ত্রগুলিকে গম্বুজের ভেতরে স্থাপন করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, যদি দূরবীক্ষণ যন্ত্রের এক পাশ থেকে অন্য পাশের তাপমাত্রা ভিন্ন হয়, তাহলে তাপীয় প্রসারণের কারণে আলোকীয় উপাদানগুলি নিজ অবস্থান থেকে সরে যায়, ফলে কাঠামোর আকৃতি পরিবর্তিত হয়। এটি চিত্রের উপর প্রভাব ফেলতে পারে। এই কারণে গম্বুজগুলি সাধারণত উজ্জ্বল সাদা ( টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড ) অথবা বর্ণহীন ধাতু দিয়ে তৈরি হয়। পর্যবেক্ষণ শুরু হওয়ার অনেক আগেই সূর্যাস্তের সময় গম্বুজগুলিকে প্রায়শই খুলে দেয়া হয়, যাতে বাতাস চলাচল করতে পারে এবং এভাবে পুরো দূরবীক্ষণ যন্ত্রটিকে চারপাশের তাপমাত্রার সমান তাপমাত্রায় নিয়ে আসা হয়। পর্যবেক্ষণকে প্রভাবিত করতে দমকা হাওয়া বা অন্যান্য কম্পন প্রতিরোধ করার জন্য দূরবীক্ষণ যন্ত্রটিকে একটি কংক্রিটের স্তম্ভের উপর স্থাপন করার রেওয়াজ মানসম্মত, যেটির ভিত্তি বেষ্টনকৃত গম্বুজ এবং ভবনের ভিত্তি থেকে সম্পূর্ণ আলাদা।
প্রায় যেকোনও বৈজ্ঞানিক কাজ করার জন্য দূরবীক্ষণ যন্ত্রগুলির মাধ্যমে দৃশ্যমান আকাশে ঘুরতে থাকা বস্তুগুলিকে অনুসরণ করতে হয়। অন্য কথায় তাদেরকে অবশ্যই পৃথিবীর ঘূর্ণনজনিত ত্রুটি মসৃণভাবে পুষিয়ে দিতে হয়। পরিগণক যন্ত্র (কম্পিউটার) নিয়ন্ত্রিত পরিচালনা কর্মকৌশলের আবির্ভাবের আগ পর্যন্ত আদ্রর্শ সমাধানটি ছিল এক ধরনের নিরক্ষীয় বাহন এবং ছোট দূরবীক্ষণ যন্ত্রগুলির জন্য এটি এখনও আদর্শ। তবে এটির নকশা কাঠামোগতভাবে দুর্বল এবং দূরবীক্ষণ যন্ত্রের ব্যাস ও ওজন বৃদ্ধির সাথে সাথে এটি আরও জটিল হয়ে ওঠে। বিশ্বের বৃহত্তম নিরক্ষীয় বাহনে স্থাপিত টেলিস্কোপ হল ২০০ ইঞ্চি (৫.১ মিটার) ব্যাসের হেল দূরবীক্ষণ যন্ত্র। অন্যদিকে সাম্প্রতিক ৮-১০ মিটার ব্যাসের দূরবীক্ষণ যন্ত্রগুলি কাঠামোগতভাবে উন্নত উচ্চতা-দিগংশ বাহন ব্যবহার করে এবং বৃহত্তর দর্পণ থাকা সত্ত্বেও প্রকৃতপক্ষে হেলের চেয়ে ভৌত আকারে "ছোট" । ২০০৬ সাল থেকে বিশালাকার উচ্চতা-দিগংশ দূরবীক্ষণ যন্ত্রের নকশা প্রকল্প চালু আছে: ত্রিশ মিটার দূরবীক্ষণ যন্ত্র , এবং ১০০ মিটার ব্যাসের অত্যন্ত বড় দূরবীক্ষণ যন্ত্র এদের মধ্যে পড়ে।
শৌখিন জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা নিউটনীয় প্রতিফলক, প্রতিসরণ দূরবিন এবং ক্রমশ জনপ্রিয় মাকসুতভ দূরবীক্ষণ যন্ত্রের মতো যন্ত্র ব্যবহার করেন।
এক শতাব্দীরও বেশি সময় ধরে পর্যবেক্ষণমূলক জ্যোতির্বিজ্ঞানে আলোকচিত্রগ্রহণ গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে আসছে। তবে গত ৩০ বছরে এটি মূলত আধান-যুগলীকৃত যন্ত্র (সিসিডি) এবং সিমস চিলতের মতো ডিজিটাল সুবেদী গ্রাহকগুলির চিত্রণ প্রযুক্তির দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়েছে। জ্যোতির্বিজ্ঞানের বিশেষায়িত ক্ষেত্র যেমন আলোকমিতি এবং ব্যতিচারমিতিতে বহুদিন ধরেই ইলেকট্রনীয় শনাক্তকারক ব্যবহার করা হয়েছে। জ্যোতিঃআলোকচিত্রগ্রহণ ক্ষেত্রে বিশেষায়িত আলোকচিত্রগ্রাহী ফিল্ম (অথবা সাধারণত আলোকচিত্রগ্রাহী অবদ্রব দিয়ে লেপা কাচের পাত) ব্যবহার করা হয়, তবে এর বেশ কিছু অসুবিধা রয়েছে। বিশেষ করে এর কোয়ান্টাম দক্ষতা কম (৩%-এর মতো)। অন্যদিকে আধান-যুগলীকৃত যন্ত্রগুলিকে একটি সংকীর্ণ পরিসরে ৯০%-এর বেশি কোয়ান্টাম দক্ষতার জন্য সঙ্গত (টিউন) করা যেতে পারে। প্রায় সকল আধুনিক দূরবীক্ষণ যন্ত্রই ইলেকট্রনীয় সারি দিয়ে গঠিত। পুরোনো দূরবীক্ষণ যন্ত্রগুলিতে হয় এই যন্ত্রাংশগুলি দিয়ে পুনঃস্থাপন করা হয়েছে অথবা সেগুলি বন্ধ করে দেওয়া হয়েছে। কাচের পাতগুলি এখনও কিছু কাজে ব্যবহৃত হয় (যেমন জরিপের কাজ)। এর কারণ রাসায়নিক ফিল্মের মাধ্যমে প্রাপ্ত সম্ভাব্য বিভেদন এখনও এ পর্যন্ত নির্মিত যেকোনও ইলেকট্রনীয় শনাক্তকারকের চেয়ে অনেক বেশি।
আলোকচিত্র আবিষ্কারের আগে সমস্ত জ্যোতির্বিজ্ঞান খালি চোখে করা হত। তবে ঝিল্লি বা ফিল্মগুলি যথেষ্ট সংবেদনশীল হওয়ার আগেই বৈজ্ঞানিক জ্যোতির্বিজ্ঞান সম্পূর্ণরূপে ফিল্মে স্থানান্তরিত করে হয়েছিল, কারণ এর কিছু বিশাল সুবিধা ছিল, যেগুলি নিম্নরূপ:
ক্ষণদৃষ্টি তুলনাকারক হল এমন একটি যন্ত্র, যা বিভিন্ন সময়ে মহাকাশের একই অংশ থেকে তোলা প্রায় একই রকম দুইটি ছবির তুলনা করতে ব্যবহৃত হয়। তুলনাকাকটি দুইটি পাতের আলোকপাত পর্যায়ক্রমে পরিবর্তন করে এবং যেকোনও পরিবর্তন পলক-ফেলা বিন্দু বা রেখা দ্বারা প্রকাশিত হয়। এই যন্ত্রটি গ্রহাণু, ধূমকেতু এবং বিষমতারা খুঁজে বের করার কাজে ব্যবহৃত হয়েছে।
পজিশন বা আড়-তারবিশিষ্ট মাইক্রোমিটার হল একটি যন্ত্র যা দ্বৈত তারা পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়েছে। এটি একজোড়া সূক্ষ্ম, চলমান রেখা নিয়ে গঠিত যা একসাথে বা আলাদাভাবে সরানো যেতে পারে। দূরবীখণ যন্ত্রের পরকলা বা লেন্সটি রেখাজোড়ার উপর একই সারিতে স্থাপন করা হয় এবং তারার বিচ্ছেদের সমকোণে অবস্থিত অবস্থানের তারগুলি ব্যবহার করে এগুলির অভিমুখ ঠিক করা হয়। এরপর চলমান তারগুলিকে দুটি তারার অবস্থানের সাথে সামঞ্জস্য করা হয়। এরপর যন্ত্র থেকে তারার বিচ্ছেদ পাঠ করা হয় এবং যন্ত্রের বিবর্ধনের উপর ভিত্তি করে তাদের প্রকৃত বিচ্ছেদ নির্ধারণ করা হয়।
পর্যবেক্ষণমূলক জ্যোতির্বিজ্ঞানের একটি গুরুত্বপূর্ণ যন্ত্র হল বর্ণালীলেখ। মৌলসমূহের দ্বারা আলোর নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের শোষণ দূরবর্তী বস্তুর নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্য পর্যবেক্ষণ করতে সাহায্য করে। এই ক্ষমতার ফলে সূর্যের নিঃসরণ বর্ণালীতে হিলিয়াম মৌলটি আবিষ্কৃত হয়েছে এবং জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা দূরবর্তী নক্ষত্র, ছায়াপথ এবং অন্যান্য মহাজাগতিক বস্তু সম্পর্কে প্রচুর তথ্য নির্ধারণ করতে সক্ষম হয়েছেন। পৃথিবীর সাপেক্ষে অরীয় গতি বা দূরত্ব নির্ধারণের জন্য বর্ণালীর ডপলার সরণ (বিশেষ করে "লোহিত সরণ") ব্যবহার করা যেতে পারে।
প্রাথমিক বর্ণালীমাপক যন্ত্রগুলিতে প্রিজমের সমাহার ব্যবহার করা হত, যা আলোকে বিস্তৃত বর্ণালীতে বিভক্ত করত। পরবর্তীতে ঝাঁজরি বর্ণালীলেখ যন্ত্র তৈরি করা হয়েছিল, যা প্রিজমের তুলনায় হৃত আলোর পরিমাণ কমিয়েছিল এবং উচ্চতর বর্ণালী বিভেদন প্রদান করেছিল। দীর্ঘ আলোকসম্পাত কাল ধরে বর্ণালীটির ছবি তোলা যেতে পারে, যার ফলে অস্পষ্ট বস্তুর (যেমন দূরবর্তী ছায়াপথ) বর্ণালী পরিমাপ করা সম্ভব হয়।
নাক্ষত্রিক রঙ (বর্ণ) পরিমাপের মাধ্যম হিসেবে ১৮৬১ সালে নাক্ষত্রিক আলোকমিতির ব্যবহার শুরু হয়। এই কৌশলটি নির্দিষ্ট কম্পাংক পাল্লায় একটি তারার মাত্রা পরিমাপ করে, যার ফলে একটি তারার সামগ্রিক রঙ এবং তাপমাত্রা নির্ধারণ করা সম্ভব হয়। ১৯৫১ সালের মধ্যে অতিবেগুনি-নীল-দৃশ্য-মানের ("UBV" বা "Ultraviolet-" "B" lue- "V" isual) একটি আন্তর্জাতিকভাবে প্রমিত পদ্ধতি গৃহীত হয়েছিল।
আধান যুগলীকৃত যন্ত্র ব্যবহার করে আলোক তড়িৎ আলোকমিতি এখন প্রায়শই দূরবীক্ষণ যন্ত্রের মাধ্যমে পর্যবেক্ষণ করতে ব্যবহৃত হয়। এই সংবেদনশীল যন্ত্রগুলি প্রায় স্বতন্ত্র ফোটনের স্তর পর্যন্ত চিত্র যন্ত্রে নথিবদ্ধ করতে পারে এবং এগুলিকে বর্ণালীর এমন কিছু অংশ দেখার জন্য নকশা করা যেতে পারে, যা খালি চোখে অদৃশ্য। নির্দিষ্ট সময়ের মধ্যে অল্প সংখ্যক ফোটনের আগমন যন্ত্রে নথিবদ্ধ করার ক্ষমতা বায়ুমণ্ডলীয় প্রভাবের জন্য কম্পিউটার সংশোধনের একটি মাত্রা প্রদান করতে পারে, যা চিত্রটিকে তীক্ষ্ণ করে তোলে। ছবিটিকে আরও উন্নত করার জন্য একাধিক ডিজিটাল চিত্র একত্রিত করা যেতে পারে, যা প্রায়শই "স্তুপীকরণ" ("স্ট্যাকিং") নামে পরিচিত। অভিযোজী আলোকবিজ্ঞান প্রযুক্তির সাথে মিলিত হলে, চিত্রের গুণমান দূরবীক্ষণ যন্ত্রের তাত্ত্বিক বিভেদন ক্ষমতার কাছাকাছি পৌঁছাতে পারে।
নির্দিষ্ট কম্পাঙ্ক বা কম্পাঙ্ক পরিসরে কোনও বস্তু দেখার জন্য আলোক ছাঁকনি ব্যবহার করা হয়। বহুস্তরবিশিষ্ট ফিল্ম দ্বারা তৈরি ছাঁকনিগুলি প্রেরিত এবং অবরুদ্ধ কম্পাঙ্কগুলির খুব সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ প্রদান করতে পারে, যাতে, উদাহরণস্বরূপ, কেবলমাত্র উত্তেজিত হাইড্রোজেন পরমাণু দ্বারা নির্গত একটি নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কে বস্তুগুলি দেখা যায়। অবাঞ্ছিত আলোকে আটকে রেখে আলোক দূষণের প্রভাব আংশিকভাবে পূরণ করতে ছাঁকনি ব্যবহার করা যেতে পারে। কোনও উৎস থেকে সমবর্তিত আলো নির্গত হচ্ছে কিনা এবং সমবর্তনের অভিযোজন নির্ধারণের জন্যও সমবর্তন ছাঁকনি ব্যবহার করা যেতে পারে।
জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা বিভিন্ন ধরনের জ্যোতির্রবৈজ্ঞানিক উৎস পর্যবেক্ষণ করেন, যার মধ্যে রয়েছে উচ্চ-লোহিত সরণ ছায়াপথসমূহ, সক্রিয় ছায়াপথ কেন্দ্রীণসমূহ , মহাবিস্ফোরণ থেকে আগত উত্তর-আভা এবং বিভিন্ন ধরণের তারা এবং প্রত্ননক্ষত্র।
প্রতিটি বস্তুর জন্য বিভিন্ন ধরনের তথ্য পর্যবেক্ষণ করা যেতে পারে। অবস্থান স্থানাঙ্কগুলি গোলকীয় জ্যোতির্বিজ্ঞানের কৌশল ব্যবহার করে আকাশে বস্তুটিকে শনাক্ত করে এবং পৃথিবী থেকে দেখা তার উজ্জ্বলতা নির্ধারণ করে। বর্ণালীর বিভিন্ন অংশের আপেক্ষিক উজ্জ্বলতা বস্তুর তাপমাত্রা এবং ভৌত বৈশিষ্ট্যগুলি সম্পর্কে তথ্য দেয়। বর্ণালীর চিত্রগুলি বস্তুর রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি পরীক্ষা করার সুযোগ করে দেয়।
যন্ত্রের বিভেদন দ্বারা আরোপিত একটি সীমার মধ্যে দূরত্ব নির্ধারণের জন্য পটভূমির বিপরীতে একটি তারার লম্বন স্থানান্তর ব্যবহার করা যেতে পারে। সূর্যের সাপেক্ষে নক্ষত্রের বেগ পরিমাপ করতে তার অরীয় বেগ এবং সময়ের সাথে সাথে তার অবস্থানের পরিবর্তন (যথার্থ গতি) ব্যবহার করা যেতে পারে। নক্ষত্রের উজ্জ্বলতার তারতম্য নক্ষত্রের বায়ুমণ্ডলে অস্থিরতার প্রমাণ দেয়, অন্যথায় কোনও গুপ্ত সঙ্গীর উপস্থিতি। বাইনারি তারার কক্ষপথ প্রতিটি সঙ্গীর আপেক্ষিক ভর, অথবা সিস্টেমের মোট ভর পরিমাপ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। নক্ষত্র এবং এর ঘনিষ্ঠ সঙ্গীর বর্ণালীতে ডপলার পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ করে বর্ণালীগত বাইনারিগুলি খুঁজে পাওয়া যেতে পারে।
একই সময়ে এবং একই রকম পরিস্থিতিতে গঠিত অভিন্ন ভরের নক্ষত্রগুলির সাধারণত প্রায় একই রকম পর্যবেক্ষণযোগ্য বৈশিষ্ট্য থাকে। ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত নক্ষত্রগুলির একটি ভর পর্যবেক্ষণ (যেমন একটি বর্তুলাকার স্তবকের ক্ষেত্র) নাক্ষত্রিক ধরনের বন্টন সম্পর্কে তথ্য সংগ্রহ করতে সাহায্য করে। এই তথ্য সারণীগুলি এরপর সম্পর্কের বয়স অনুমান করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
দূরবর্তী ছায়াপথ এবং সক্রিয় ছায়াপথ কেন্দ্রীণগুলির ক্ষেত্রে ছায়াপথের সামগ্রিক আকৃতি এবং বৈশিষ্ট্যগুলি পর্যবেক্ষণ করা হয়। একই সাথে যেসব দলে তাদেরকে পাওয়া যায় সেই করা হয়। অন্যান্য ছায়াপথে নির্দিষ্ট ধরনের বিষমতারা এবং জ্ঞাত সংদীপ্তির অতিনবতারা (যাকে আদর্শ মোমবাতি বলা হয়) পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে আশ্রয় ছায়াপথের দূরত্ব অনুমান করা সম্ভব হয়। স্থানের সম্প্রসারণের ফলে দূরত্বের উপর নির্ভর করে এই ছায়াপথগুলির বর্ণালী স্থানান্তরিত হয় এবং ছায়াপথের অরীয় বেগের ডপলার ক্রিয়া দ্বারা পরিবর্তিত হয়। ছায়াপথের আকার এবং এর লোহিত সরণ উভয়ই ছায়াপথের দূরত্ব সম্পর্কে কিছু অনুমান করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। বিপুল সংখ্যক ছায়াপথের পর্যবেক্ষণকে লোহিত সরণ জরিপ বলা হয় এবং এগুলিকে ছায়াপথের রূপগুলির বিবর্তনের প্রতিমান তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়।