観測天文学
ほぼ全ての近代の観測天文学で主要な機器は望遠鏡である。望遠鏡は光を集め、非常に暗い天体を見えるようにし、また小さく遠い天体を拡大する。光学天文学は、非常に精度の高い光学部品を必要とする。例えば、曲がった鏡を作るために、その表面を光の波長程度以内の歪みになるように磨く必要がある。近代の「望遠鏡」の多くは、実際は、その解像度を合わせて開口合成を作るために協調して動く一連の望遠鏡から構成されている。
大きな望遠鏡は、気候から守るため及び観測条件を安定化させるためにドームに格納される。例えば、望遠鏡の両端の温度が異なると熱膨張のために構造が変化し、光学素子の位置を変え、像に影響を与える。このため、ドームは通常は明るい白色(酸化チタン(IV))または無塗装の金属である。ドームは、空気が循環し、望遠鏡全体が周りと同じ温度になるように、観測が始まるずっと前の夕方頃に開かれる。風やその他の震動を避けるため、周りのドームや建物とは別のコンクリートの基礎に建てられるのが一般的である。
ほとんどの観測では、全天を横切る天体を望遠鏡で追跡する必要がある。言い換えると、地球の自転の影響を滑らかに補償する必要がある。コンピュータによる制御の出現までは、一般に赤道儀が用いられており、小さな望遠鏡では現在でも使われている。しかし、構造的に貧弱な設計であり、望遠鏡の直径や重さが増すにつれて邪魔になってきた。
ガリレオ・ガリレイは、空に望遠鏡を向け、観測結果を記録した最初の人物として知られている。それ以来、観測天文学は、望遠鏡の技術の発達により着実に進展してきた。
観測天文学の伝統的な分類は、観測に用いた電磁波の周波数に依る。
光学天文学は、鏡、レンズ、固体検出器等を用いて近赤外線から近紫外線の波長の光を観測する天文学の一分野である。人間の眼で検出可能な400から700nmの波長を用いる可視光天文学は、この真ん中の領域に当たる。
赤外線天文学は、赤外線(ケイ素の固体検出器の検出限界である1μmを超える)放射の検出と分析を扱う。最も一般的な機器は反射望遠鏡であるが、大気からの熱放射が問題になる波長では宇宙望遠鏡も用いられる。
電波天文学は、mmから10mの波長の放射を検出する。受信機はラジオ放送に用いられるものと似ているが、遙かに感度が良い。電波望遠鏡も参照。
高エネルギー天文学には、X線天文学、ガンマ線天文学、紫外線天文学が含まれ、ニュートリノや宇宙線を観測する。
光学天文学や電波天文学は、その波長では大気は比較的透明であるため、地上の天文台で行われる。天文台は、地球の大気による吸収や歪みを最小限にするため、通常は標高の高い場所に設置される。赤外線領域の周波数は、水蒸気にかなり吸収されるため、赤外線天文台の多くは乾燥地や標高の高い場所、または宇宙に設置される。
X線天文学やガンマ線天文学、紫外線天文学、遠赤外線天文学に用いられる波長では、いくつかの波長の「窓」を除き、大気は不透明である。そのため、観測はバルーンを用いるか宇宙で行う必要がある。しかし、強力なガンマ線は、大規模な空気シャワーとして検出され、宇宙線の研究は天文学でも急速に発展する分野である。