空间探测的主要内容
近地空间探测：主要指对地球高层大气 、电离层、磁层等区域所进行的探测。探空火箭是近地空间探测的重要手段，它能把探测仪器带到几十至几千千米的高空进行直接测量。人造地球卫星的成功发射，使得对地球磁层可进行详尽的探查，地球辐射带的发现就是人造地球卫星的第一个重大发现，并证实地球磁层的存在。人造地球卫星围绕地球以圆形或椭圆形轨道运行，根据不同的探测目的可选择不同的轨道类型：一是极地圆轨道，对赤道面的倾角约为90°。在高层大气、电离层和高空磁场测量中，常采用这种轨道。二是大扁度轨道，它的远地点高度要比近地点高度高得多，这种轨道容易获得磁层的完整的剖面资料。三是同步轨道，当卫星在赤道面上高度为 36万千米的圆轨道运行时，卫星绕地球一周恰好与地球自转一周的时间相等，相对于地球是静止的。这种卫星的测量结果容易与地面观测结果配合起来分析。但实际中对近地空间的探测，多采用卫星系列进行。
行星际空间探测：主要是探查行星际空间的磁场、电场、带电粒子和行星际介质的分布及随时间的变化。探测证实了太阳风的存在，发现了行星际磁场的扇形结构。探测行星际空间的飞行器可以有4种轨道类型 ：一是地心轨道 ，围绕地球运行的卫星，只要以远地点超出磁层，就能进入行星际空间进行探测。二是日心轨道，利用围绕太阳运行的飞行器来探测行星际空间十分理想，并且常与行星探测结合起来。三是飞离太阳系的轨道，当飞行器达到第三宇宙速度时，就能克服太阳的引力作用，沿抛物线轨道飞往星际空间，就能够直接探测太阳系在地球轨道以外的部分。四是平衡点轨道，在太阳和地球的联线上有一个平衡点，太阳和地球的引力在这里恰好相等，飞船可以在通过这一点和日地连线相垂直的平面上沿椭圆轨道运动。对于定点监视行星际的物理状态十分理想。
月球和行星的探测：月球是离地球最近的天体，人们对月球的探测比较早，也比较详尽 。1969 年7月16日发射的“阿波罗11”号第一次载人登上月球，进行实地考察并采集月岩、月壤样品 400多千克。行星际探测器系列对行星进行了探测 ，并由对内行星发展到对外行星的探测。
人类原始的观测太空“基地”——天文台
史料表明，中国是世界上天文学发展较早的国家之一，天文观测具有悠久的历史。相传在夏代就有天文台，那时称“清台”，而商代的天文台则叫做“神台”，到了周代改称为“灵台”。以后，历代天文台又有观象台、观星台、司天台、瞻星台等名称。
北京古观象台
事实上，早期的天文台既是观测星象的地方，又兼作祭祀活动的场所。古代帝王在该处祀天，同时又任命专职人员在这里观测天象，占卜吉凶，编算历书。
后来，随着社会的发展，祀天和观天逐渐分离，专门从事天文观测的天文台开始逐渐独立出来。由于观测天象与古代农牧业生产活动关系十分密切，从此，司天机构在我国一直受到高度重视。除特殊情况外，历代现象台和观天设备都建设在京城。
河南登封古观星台我国现在尚存有几处古天文台遗址，其中保存较完好的有河南登封古观星台和北京古观象台。另有洛阳灵台，坐落于河南偃师县，它曾是东汉时期一座规模宏大的天文台，相传著名科学家张衡曾在灵台工作过。不过，目前这座古天文台已成废墟。据史书记载，洛阳灵台在全盛时期曾呈现一派繁忙景象。灵台高约20米，其台基约50米见方。全台有43位工作人员，分工极为详细，并且观测项目应有尽有。因此，汉代时期我国天文学十分发达，在当时的世界上居于领先地位。
登封古观星台坐落在洛阳东80多千米远的登封县告成镇，是我国现存最早的天文台建筑。始建于元世祖至元十六年（1279），距今已有700多年历史。耸立着的高台和台下的一条长堤恰好组成一具特殊的圭表。高台即为立表，高946米；长堤相当于土圭，称为量天尺，长3119米，位于正南北方向。
天体仪示意图北京古观象台在建国门内立交桥西南侧，建于明代正统七年至十一年（1442~1446），历经明清两代，容姿未衰。辛亥革命后，古观象台属于教育部，成为北洋政府时期的中央观象台。从明正统年间到1929年止，北京古观象台连续观测近500年，创造了连续观测最久的世界纪录。
而北京古观象台则安装有8件清代制作的天文观测仪器（天体仪、赤道经纬仪、黄道经纬仪、地平经仪、象限仪、纪限仪、地平经纬仪和玑衡抚辰仪），它们以造型美观、雕刻精细而著称于世，1983年4月1日经整修正式对外开放。
圭表是我国古代度量日影长度的一种天文仪器，由“圭”和“表”两个部件组成。直立于平地上测日影的标杆和石柱，叫做表；正南正北方向平放的测定表影长度的刻板，叫做圭。
很早以前，人们发现房屋、树木等物在太阳光照射下会投出影子，这些影子的变化有一定的规律。于是便在平地上直立一根竿子或石柱来观察影子的变化，这根立竿或立柱就叫做“表”；用一把尺子测量表影的长度和方向，则可知道时辰。后来，发现正午时的表影总是投向正北方向，就把石板制成的尺子平铺在地面上，与立表垂直，尺子的一头连着表基，另一头则伸向正北方向，这把用石板制成的尺子叫“圭”。正午时表影投在石板上，古人就能直接读出表影的长度值。
经过长期观测，古人不仅了解到一天中表影在正午最短，而且得出一年内夏至日的正午，烈日高照，表影最短；冬至日的正午，煦阳斜射，表影则最长。于是，古人就以正午时的表影长度来确定节气和一年的长度。譬如，连续两次测得表影的最长值，这两次最长值相隔的天数，就是1年的时间长度，难怪我国古人早就知道1年等于365天多的数值。
仪征铜圭表是中国现存最早的圭表。1965年在江苏仪征石碑村1号东汉墓出土。仪征铜圭表长345厘米，圭表合汉制15尺，边缘上刻有尺寸单位；表高192厘米，合汉制8寸。圭、表间用枢轴连接，使之合为一体。使用时将表竖立与圭垂直；平时可将表折入圭体中留出的空档内，便于携带。根据传统的说法，表高为8尺，这一数值曾被长期沿用。该表的表高恰为8尺的1/10，说明它是一件便携式的测影仪器，可证明当时常设的天文台用8尺的表进行观测的说法是可信的。
在很多情况下，圭表测时的精度是与表的长度成正比的。元代杰出的天文学家郭守敬在周公测时的地方设计并建造了一座测景台。它由一座946米高的高台和从台体北壁凹槽里向北平铺的长长的建筑组成，这个高台相当于坚固的表，平铺台北地面的是“量天尺”，即石圭。这个硕大的“圭表”使测量精度大大提高。
史料证明，以圭表测时，一直延至明清，现在南京紫金山天文台的一具圭表，是明代正统年间（1437~1442）所造的。
远古时的人们，日出而作、日没而息，从太阳每天有规律的东升西落，直观地感觉到了太阳与时间的关系，开始以太阳在天空中的位置来确定时间。但这很难精确。据记载，3000年前，西周丞相周公旦在河南登封县设置过一种以测定日影长度来确定时间的仪器，称为圭表。这当为世界上最早的计时器。
此外，圭表还可以有多种用途，周秦时期，人们认为在同一日子里，南北两地的日影长短倘若差1寸，它们之间的距离大约有1000里。据说周王室裂地封侯的时候，用的就是这种办法。圭表还可以测定方向。在地上画许多个同心圆，将表竿竖立在圆心，当上下午表影顶点落在同一圆周上时，将这些对应点连接起来，它们的中点轨迹与圆心连线便是南北方向。在夜里，当视线通过表顶凝望北极时，这方向也即是南北方向。古人在搭建房舍，修造道路和营造宫殿的时候都要仔细地确定南北方向（即子午方向），《诗经》上说“揆之以日，作于楚室”。揆，揣度的意思。全句可以解释为：通过观测日影来决定营造楚国宫殿的方向。
日晷是利用太阳投射的影子来测定时刻的装置，又称“日规”，是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。
日冕世界上最早的日晷诞生于6000年前的巴比伦王国。中国最早文献记载是《隋书·天文志》中提到的袁充于隋开皇十四年（574）发明的短影平仪，即地平日晷。赤道日晷的明确记载初见于南宋曾敏行的《独醒杂志》卷二中提到的晷影图。
日晷通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”，垂直地穿过圆盘中心，起着圭表中立竿的作用。因此，晷针又叫“表”，石制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，呈南高北低，使晷面平行于天赤道面，这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。在晷面的正反两面刻画出12个大格，每个大格代表2个小时。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。晷面的刻度是不均匀的。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。早晨，影子投向盘面西端的卯时附近。接着，日影在逐渐变短的同时，向北（下）方移动。当太阳达正南最高位置（上中天）时，针影位于正北（下）方，指示着当地的午时正时刻。午后，太阳西移，日影东斜，依次指向未、申、酉各个时辰。由于从春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行，因此，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，太阳在天赤道的南侧运行，因此，晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时，首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。
这种利用太阳光的投影来计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明，这项发明被人类所用达几千年之久，然日晷有一个致命弱点是阴雨天和夜里是没法使用的，直至1270年在意大利和德国才出现早期的机械钟，而中国则在1601年明代万历皇帝才得到2架外国的自鸣钟，清代时虽有很多进口和自制的钟表，但都为王宫贵府所用，一般平民百姓还是看天晓时。所以彻底抛却日晷，看钟表知辰光还是近现代的事。
使用日影测时的日晷，无论是何种形式都有一根指时针，这根指时针与地平面的夹角必须与当地的地理纬度相同，并且正确地指向北极点，也就是都有一根与地球自转轴平行的指针。观察这根指针在指定区域内的投影，就能确定时间。现在常见的日晷有下列几种不同的形式：
（1）水平式日晷。是最常用的日晷，采用水平式的刻度盘，日晷轴的倾斜度依使用地的纬度设定，刻度需要利用三角函数计算才能确定。适合低纬度地区使用。
（2）赤道式日晷。赤道式日晷是依照使用地的纬度，将轴（指时针）朝向北极固定，通过观察轴投影在垂直于轴的圆盘上的刻度来判断时间的装置。盘上的刻度是等分的，夏季和冬季轴投影在圆盘上的影子会分在圆盘的北面和南面，适合中低纬度的地区使用。若将圆盘改为圆环则称为赤道式罗盘日晷。
（3）极地晷。供指时针投影的平面与指时针平行，即与地平面的夹角与地理纬度相同，并朝向正北。时间的刻画可以用简单的几何图来处理，投影的时间线是平行的线条。适合各种不同纬度的地区使用。
（4）南向垂直日晷。刻度盘面朝向正南且垂直地面的日晷。这一种日晷较适合在中纬度（30°～60°）地区使用。
（5）东或西向垂直式。刻度盘面朝向正东或正西且垂直地面的日晷。这一种日晷只能在上半日（东向）或下半日（西向）使用，但全球各纬度地区都适用。
（6）侧向垂直式。刻度盘面采用垂直方向的日晷。这一种日晷需要依照建筑物的墙面方向换算刻度，不容易制作。依季节及时间的不同，有时不会产生影子。南向与东西垂直日晷都可视为此形的特例。
（7）投影日晷。不设置指时针，仅在地平面依地理纬度的不同绘制不同扁率的椭圆，在其上刻画时间线，并将长轴指向正东西方向，南北向的短轴上则需刻上日期，指示立竿测量时刻的正确位置。
在此次北京奥运会开幕式上就上演了焰火点亮日晷这一激动人心的一幕。时钟接近20∶00，焰火在“鸟巢”上空绽放，突然，一道耀眼的焰火在体育场上方滚动，激活古老的日晷。日晷将光芒反射到2008面缶组成的缶阵上，和着击打声，方阵显示倒计时秒数。缶面上连续闪出巨大的9、8、7、6、5、4、3、2、1……场面之震撼，令人终生难忘。
探测太空的千里眼——天文望远镜与射电望远镜
事实证明，人们靠用肉眼或依靠简单的工具进行天文观测，观测视野势必会受到很大限制，因此意大利科学家率先发明了望远镜，从而使人类的视线范围得到了实质性的扩大。
1609年，意大利科学家伽利略用自制的可以放大30倍的望远镜，第一次看到了月球上奇特的环形山，发现了木星的4颗大卫星，观察到了太阳黑子、金星的盈亏变化以及银河中密布的点点繁星等过去从未见到过的奇妙现象。从此，专门用于天文观测的望远镜就很快发展起来。