Da elektromagnetische Wellen die Hauptinformationsquelle der Astronomie sind, spielen Teleskope und ihre Messinstrumente eine wichtige Rolle bei der Sammlung und Analyse dieser Wellen. Größere Teleskope sammeln mehr Licht und erlauben den Astronom*innen, selbst sehr lichtschwache Objekte zu identifizieren und zu analysieren. Größere Teleskope haben außerdem ein besseres Auflösungsvermögen: Astronom*innen können mit ihnen feinere Details ihrer Beobachtungsobjekte untersuchen. Nahm man früher astronomische Beobachtungen vor, indem man durch ein Teleskop blickte, erlauben Instrumente heute den Astronom*innen, ihre Beobachtungen direkt und objektiv aufzuzeichnen, und das auch noch bei verschiedenen Wellenlängen.
Durch das Zusammenschalten mehrerer kleiner Teleskope lässt sich das Auflösungsvermögen eines größeren Teleskops erreichen. Diese Technik heißt Interferometrie. Die Auflösung des zusammengeschalteten Instruments entspricht der eines einzelnen Teleskops mit einem Durchmesser entsprechend dem größten Abstand zwischen zwei Einzelteleskopen der Anordnung. Das erlaubt den Astronom*innen, feinere Details auf den beobachteten Objekten zu erkennen und damit auch nahe zusammenstehende Objekte wie einen Stern und seine Planeten besser trennen zu können.
Die Erdatmosphäre absorbiert die Strahlung der meisten Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums. Durchlässig ist sie nur für sichtbares Licht (der optische Teil des Spektrums), einen Teil des ultravioletten und infraroten Lichts und für kurzwellige Radiostrahlung. Für den größten Teil des ultravioletten Lichts, weite Bereiche des infraroten Lichts, und auch für Röntgenstrahlung ist die Atmosphäre undurchdringlich. Daher müssen Teleskope, die Licht solcher Wellenlängenbereiche sammeln sollen, vom Weltraum aus operieren. Weil sichtbares Licht zwar vom Erdboden aus beobachtet werden kann, aber die Turbulenz der Erdatmosphäre die Qualität der Bilder beeinträchtigt, werden auch optische Teleskope im All betrieben.
Nur wenige Orte auf der Erde bieten die exzellenten Beobachtungsbedingungen, die mit großer Höhe über dem Meeresspiegel, dem Fehlen von Lichtverschmutzung und der Durchlässigkeit der Atmosphäre für bestimmte Wellenlängen einhergehen. Diese Orte sind oftmals lebensfeindlich und schwer zugänglich, und liegen normalerweise weitab bewohnter Gebiete. Astronom*innen müssen für ihre Beobachtungen entweder zu diesen Orten reisen, die Beobachtungen durch erfahrene Teleskopoperateure ausführen lassen, oder robotische Teleskope benutzen, die sich fernsteuern lassen.
Astronomische Durchmusterungen erzeugen heutzutage sehr große Datenmengen, und das wird sich in Zukunft noch um einige Größenordnungen steigern. Diesen Trend nennt man „Big Data Astronomy”, wobei der Schwerpunkt der Arbeit darauf liegt, diese Daten zu speichern, zu übermitteln und zu analysieren. Das hat zur Entwicklung von Citizen-Science-Projekten mit Beteiligung der Allgemeinheit geführt, um die hervorragenden Mustererkennungsfähigkeiten von Menschen für die astronomische Wissenschaft zu nutzen. Andererseits sind moderne Teleskope und Instrumente mit beachtlichen Kosten verbunden. Ihr Bau erfordert verschiedene Arten von hochspezialisiertem technischen Know-How. In diesem Zeitalter von „Big Science“ werden große Teleskope und Instrumente daher in der Regel von internationalen Organisationen oder Konsortien unter Einbeziehung zahlreicher astronomischer Institute aus unterschiedlichen Ländern gebaut
Die Verarbeitung riesiger Datenmengen aus Simulationen und Beobachtungen erfordern Computer, die komplexe Rechnungen in kurzer Zeit durchführen können. Heutige Supercomputer können einige Hundert Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde ausführen. Diese Supercomputer erlauben es den Astronom*innen, ganze Universen zu simulieren und ihre Ergebnisse mit den Beobachtungen aus groß angelegten Durchmusterungen zu vergleichen.
Die von den meisten professionellen Observatorien gelieferten Daten sind frei zugänglich. Im Laufe ihres Berufslebens arbeiten Astronom*innen typischerweise in mehreren Ländern. Große astronomische Projekte, von der Konstruktion von Teleskopen und Instrumenten bis hin zu koordinierten Beobachtungskampagnen, werden häufig in Zusammenarbeit von Wissenschaftler*innen und Instituten mehrerer Nationen durchgeführt. Astronomie ist global und international: Wir alle sind Besatzungsmitglieder des „Raumschiffs Erde”, unter einem Himmel, und erkunden gemeinsam den einen Kosmos.
Um mehr über unseren Platz im Universum zu erfahren, haben wir Raumsonden zu vielen Orten des Sonnensystems geschickt. Einige dieser Sonden umrunden Planeten, Monde, oder sogar Asteroiden, während andere auf solchen Objekten gelandet sind. Unter den Orten innerhalb des Sonnensystems, die wir mit robotischen Sonden besucht haben (Landung, Umlaufbahn oder Vorbeiflug), sind die Sonne, alle Planeten, die Zwergplaneten Pluto und Ceres, unser Mond sowie Monde der Planeten Jupiter und Saturn, Kometen und Asteroiden.
