Poiché le onde elettromagnetiche rappresentano per gli astronomi la principale fonte di informazioni e di conoscenza diretta dell’universo, i telescopi e i rivelatori svolgono un ruolo cruciale per la raccolta e l’analisi di queste onde. I telescopi più grandi raccolgono più luce, permettendo agli astronomi di identificare e analizzare oggetti anche molto deboli. Inoltre, i telescopi più grandi hanno un potere risolutivo maggiore, consentendo una migliore precisione nello studio degli oggetti osservati. Mentre le prime osservazioni astronomiche venivano svolte soggettivamente guardando il cielo direttamente attraverso il telescopio, i rivelatori attuali consentono agli astronomi di effettuare le loro osservazioni, a diverse lunghezze d’onda, in modo oggettivo.

Usando una tecnica chiamata interferometria, gli astronomi possono collegare più telescopi insieme, per farli funzionare come se fossero un unico telescopio più grande. Il potere risolutivo di questi strumenti combinati è quello di un telescopio singolo di diametro pari alla massima distanza tra due qualsiasi dei telescopi più piccoli collegati insieme. Questo permette agli astronomi di osservare i dettagli di singoli og- getti celesti ma anche di distinguere oggetti separati e vicini, come per esempio una stella e il suo sistema planetario.

L’atmosfera terrestre assorbe le radiazioni di gran parte dello spettro elettromagnetico. È trasparente infatti alla luce visibile, a una parte della radiazione ultravioletta e infrarossa e a una parte della banda radio, le onde corte, ma per il resto è per lo più opaca. Gran parte della banda ultravioletta e una parte consistente della luce infrarossa, così come i raggi X e gamma, non possono penetrare l’atmosfera. Per questo motivo, molti telescopi che raccolgono la luce al di fuori della banda del visibile, del radio e di un piccolo numero di altre bande di lunghezza d’onda devono essere collocati nello spazio. Inoltre, anche se la luce visibile può essere osservata dalla superficie terrestre, la turbolenza dell’atmosfera compromette la qualità delle immagini, cosicché anche alcuni telescopi ottici sono posti in orbita intorno alla Terra.

Pochi luoghi sulla Terra garantiscono condizioni osservative incontaminate, caratterizzate da elevate altitudini, assenza di inquinamento luminoso e trasparenza dell’atmosfera a specifiche lunghezze d’onda. Questi luoghi spesso possono essere ostili o difficili da raggiungere e di solito sono molto lontani dai principali insediamenti umani. Gli astronomi possono recarvisi per le loro osservazioni oppure possono lasciare che operatori esperti eseguano le osservazioni al loro posto, o anche fare uso di telescopi robotici con accesso remoto.

I programmi osservativi astronomici su larga scala (o survey astronomiche) producono grandi quantità di dati e ciò non potrà che aumentare notevolmente nei prossimi anni. Questa evoluzione è detta “Big Data Astronomy” (astronomia con grandi volumi di dati) e uno dei punti nodali è di trovare nuovi metodi per archiviare, trasportare e analizzare questi dati. Questo ha portato allo sviluppo di alcuni progetti di citizen science (cioè scienza fatta dai cittadini) per attingere alla notevole capacità di riconoscimento degli schemi da parte dell’occhio umano. Inoltre, i telescopi e gli strumenti moderni sono costosi e la loro costruzione richiede importanti e diverse competenze tecnologiche, cosicché, in questa era della Big Science, sono spesso costruiti da organizzazioni internazionali o da consorzi che coinvolgono numerosi istituti astronomici di diverse nazioni.

L’elaborazione delle grandi quantità di dati provenienti sia da simulazioni che da osservazioni dirette richiede calcolatori in grado di effettuare analisi complesse in breve tempo. I supercomputer odierni possono eseguire calcoli a velocità elevatissime, nell’ordine di un paio di centinaia di milioni di miliardi al secondo. Questi supercomputer consentono agli astronomi di creare nuovi modelli di universi simulati e di paragonarli con le osservazioni ottenute dagli studi condotti su larga scala.

I dati disponibili da molti osservatori professionali sono accessibili pubblicamente. Durante il corso della propria carriera gli astronomi spesso lavorano in nazioni diverse. I progetti astronomici più grandi, dalla costruzione di telescopi e strumenti alle campagne osservative coordinate, sono spesso intrapresi in collaborazione tra ricercatori e istituti provenienti da diversi Paesi. La ricerca astronomica è internazionale e su scala globale. Siamo tutti membri dell’equipaggio dell’“Astronave Terra”, sotto un unico cielo, alla scoperta dell’universo

Per esplorare e capire meglio quale sia il nostro posto nell’universo, oltre ai telescopi spaziali già menzionati stiamo inviando sonde robotiche nel Sistema solare. Alcune di queste sonde orbitano intorno a pianeti, lune e asteroidi, mentre altre vi sono persino atterrate. Tra i luoghi del Sistema solare visitati dalle sonde robotiche - in sorvolo ravvicinato, in orbita o in atterraggio – ci sono tutti i pianeti, i pianeti nani Plutone e Cerere, la Luna, alcuni satelliti di Giove e Saturno, comete e asteroidi.