工欲善其事，必先利其器，有了合适的工具，事情便会事半功倍。这一点在太空探索上有明显的体现。从早期用肉眼观察到现在的用天文望远镜、射电望远镜巡视；从早期简陋的探天工具到如今的航天飞机、航天飞船、空间站、太空机器人等，人类探索太空的工具可以说是发生了翻天覆地的变化，这些巨大变化获得了不菲的成绩，表明了人类的智慧和伟大，如今，随着探索太空的要求不断提高，更多更先进的探天工具也必将不断出现。
天文台
天文台是天文工作者观测星空，从事天文研究工作的地方。天文台上一般都配有各种大型的天文望远镜及其他各式各样的天文仪器口。它的主要工作就是观测天体、分析观测资料，利用观测事实来检验理论模型，同时，通过理论来指导实测，从而揭示太空奥秘。为了减少地球大气的干扰，减少灯火噪声干扰，天文台一般都远离闹市，建在山上。
天文台具有圆堡形的立体建筑，它们是用来安置和保护天文望远镜的地方。圆堡的顶部有一个长长的天窗，用时打开，不用时关上，还可以随意转动，使望远镜对准天空中任何一个地方。为了防止屋内昼夜温差过大，圆堡的外面南京紫金山天文台都涂了一层银粉漆，可以反射太阳光。
我国有著名的紫金山天文台、北京天文台、上海天文台、云南天文台、陕西天文台和台北市天文台等；世界上有英国皇家格林尼治天文台、美国的海尔天文台、美国莫纳克亚天文台、美国国立天文台、日本飞弹天文台、法国上普罗旺斯天文台等等。
太空奥妙的探索“工具”我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”。商代的天文台叫“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。
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。古代帝王在这里祀天，同时任命专职人员在这里观测天象，占卜吉凶，编算历书，“敬授民时”。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，司天机构在我国一直受到高度重视。除特殊情况外，历代观象台和观天设备都建设在京城。
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，不过现在早已变成废墟。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。全台有工作人员43人，分工极为详细，观测项目应有尽有。因此，汉代时期我国天文学十分发达，在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。始建于元世祖至元六年（1279年），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，位于正南北向。
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。
北京古观象台发装有八件清代制作的天文观测仪器（天体仪、办道经纬仪、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、工艺精致而著称于世，1983年4月1日经整修正式对外开放。
星图和星表
星图和星表是人们从事天文观测和研究必不可少的工具之一，就像我们学习地理知识少不了地图一样。
全天星图
人们把天上的星星按其在天球上的位置投影在一个平面图上，就绘成了一幅幅星图。早在公元705年左右，我国就有了“敦煌星图”。这是世界上现存的记载星数最多、最早的星图之一。绘制于公元1247年的苏州石刻星图，也是我国流传至今的最早最完整的星图之一。
准确的星图是天文学家的好帮手。天文学家可以依靠星图来辨认星星，发现过去没有观测到的天体，如突然爆发变亮的新星、超新星，悄悄来临的彗星等。1781年赫歇耳发现天王星，1846年亚当斯和勒威耶发现海王星，1801年皮阿齐发现第一颗小行星，都有星图的一份功劳。
星表是天体的“花名册”，上面记载着恒星等天体的位置、星等等能够说明天体身份的内容。世界上最早的星表是我国战国时代魏国天文学家石申所著的《石氏星经》，其中记载着121颗恒星的位置。在欧洲，最早的一部是喜帕恰斯在公元前2世纪编制的星表，里面记载有1022颗恒星的位置。
历史上许多著名的天文学家都曾致力于星表的编制工作。随着天文学的发展，观测到的天体日趋繁多和复杂，星表的种类也更多样化了，恒星、星云、星系等都有各自的星表。
天文望远镜
在望远镜发明之前，人们只能用肉眼或依靠简单的工具进行天文观测，因而观测视野受到很大的限制。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。
像普通望远镜一样，天文望远镜能把远处的景物拉到观测者的眼前。天文望远镜比一般望远镜不仅要大得多，而且也精良得多。现代的天文（光学）望远镜折反射望远镜品种、式样很多，根据设计原理，大致可以分为三大类：
第一类是折射望远镜。这种望远镜是使用最早的望远镜。它的前端是以一个或一组凸透镜作为物镜，后面是一个目镜。光线从前面进来，从后端出去。这种单远镜焦距较长，最适宜于天体测量工作。第一架天文望远镜——伽利略望远镜就是折射式望远镜。现在世界上最大的折射望远镜，是美国叶凯士天文台的口径为102厘米的望远镜。
第二类是反射望远镜。由于早期的折射单远镜有许多缺陷，看到的景物往往变形，并且在景物周围总有一圈五彩缤纷的色晕，影响观测精度，为了克服这些缺陷，牛顿发明了反射式望远镜。这种望远镜利用反射原理，用凹面镜作为物镜，把来自天体的光线反射、聚集起来，不仅成像质量较高，而且还有镜筒较短、工艺制作较易等优点。因此，现代大型天文望远镜大多属这种类型。目前世界上最大的天文望远镜，要数高加索山上那台口径6米和美国帕洛玛山天文台的口径508米的反射望远镜了。后者的镜头玻璃就有20吨重，利用它可以窥见21等的暗星。
第三类是折反射望远镜，它是由德国光学家施密特设计出来的。这种望远镜综合了前两类望远镜的优点，视野宽，光力强，像差小，因而最适合用来研究月球、行星、彗星、星云等有视面的天体。
1990年4月24日，美国航天飞机“发现”号从卡纳维拉尔角顺利升空，25日把目前世界上最复杂的太空望远镜送入离地球610千米高的圆形轨道（1967年10月10日美国曾发射了绕太阳运转的空间观察站）。这架太空望远镜是由美国国家航空航天局和欧洲空间局联合研制的一台大型太空天文望远镜，原来计划于80年代中期升空服役，后来因为1986年1月28日“挑战”号航天飞机爆炸而推迟。
这架太空望远镜以美国天文学家埃德温·皮·哈勃的名字命名，以纪念他在星系天文学、宇宙结构和膨胀理论方面创造性的工作和杰出贡献。
“哈勃”太空望远镜哈勃太空望远镜是有史以来最大、最先进的天基天文望远镜（一般天文望远镜多设在陆地天文台，以陆地为基地，称为地基天文望远镜），其外形呈圆柱状，长13米，直径45米，总重量为12吨，两侧各有一块长12米的大面积太阳能电池板。从远处看去，哈勃太空望远镜犹如一只滞留太空的巨大天鹰。哈勃太空望远镜主要由光学望远镜装置、保障系统和科学仪器三部分组成。
光学望远镜装置是太空望远镜的心脏，主要包括直径24米的主反射镜，直径03米的副反射镜和支撑结构，主反射镜和副反射镜的精密度是决定太空望远镜性能的重要部件。
光由舱门进入太空望远镜后，首先射到主反射镜，再反射到相距45米处的副反射镜；而后，副反射镜又把光从主反射镜中心的一个孔中反射到科研仪器上记录成像。
保障系统是哈勃太空望远镜的主要设备，包括有信息传输、温度监控、位置调解和电力供应等部分。信息传输通过镜上的无线电系统和地球同步通信卫星完成。位置调解由镜上的精密制导传感器感受望远镜的俯仰和偏航信息，送给位置控制装置实现，能保证望远镜的位置稳定在0007弧秒内，使其方向飘移不超过0007弧秒，以保障科学仪器的观测工作。望远镜两侧有大面积矩形太阳能电池板，它把太阳能直接转变成电能，供望远镜使用。科学仪器是哈勃太空望远镜一系列新成果的创造者，主要有五个。其中暗弱天体摄影机、暗弱天体分光摄谱仪、高分辨率分光摄谱仪以及高速光度计四个仪器，其尺寸有一个电话间那样大。均被安置在望远镜后部主反射镜后面，在副反射镜聚焦面附近，接收从副反射镜反射来的光。第五个是广角行星摄影机，它被安置在望远镜后部的圆周壁上。它们共同使用一个光学反射镜系统。
暗弱天体摄影机是望远镜中最重要的科学仪器，顾名思义，它可以捕捉到一些不清晰、光线暗淡而微弱的遥远天体，并把观测到的情况记录下来。它通过摄影机的光学转换器把像素点放大，提高其分辨率。转换器先把像素的探测器视场角缩小，再用图像增强仪探测出来，后经放大送到终端荧光屏，形成一个相应的亮点；再用电影摄影机把荧屏上的扫描光点记录下来，并储存在电子计算机里，最后构成图像。
暗弱天体分光摄谱仪主要用来测量暗弱天体的化学成分。它通过特殊的光栅和滤光片，可以制成光谱底片。
分析这些光谱底片，不仅可得到光源的化学成分数据，还能获得光源的温度、运动情况以及物理特性等信息。
高分辨率分光摄谱仪用于测量星际和星体周围的紫外线辐射，以便研究爆炸星系的物理组成、星际中的气体云和星体物质的逸散等问题。
高速光度计是太空望远镜中最简单的科学仪器。它可以测量从天体发来的极亮的光；还可以广泛进行显微水平的精密测量；能通过测量接收到目标天体发来的光的总和，而得出目标天体的距离。这个光度计将在精确测量银河系及其他附近星系方面发挥更大作用。
广角行星摄影机是由装在一个仪器箱中的两个独立摄像机所组成，主要用于对行星进行观测。由于其视野广阔，所以能观测到更大的宇宙空间，并能提供更精美的星体图像，所得到的行星图像，如同近距摄得的一样清晰。由哈勃望远镜拍摄的太空哈勃太空望远镜的结构设备，绝大部分由以美国洛克希德导弹与航天公司为首的多家厂商、大学和科研单位承包制造，而欧洲航天局承包了太阳能电池板和暗弱天体摄影机的研制工作。这架望远镜耗资15亿美元，每年的维护费2亿美元，可以在太空工作15年。
哈勃太空望远镜实质上就是一颗大型天文卫星，犹如一座空间天文台。由于它在地球大气层外的宇宙中工作，从而消除了地面天文观测的障碍；避开了大气层对天体光谱的吸收和大气层湍流对天体观测的影响。这样的环境优势，使得哈勃太空望远镜的性能大大地提高了。
在美国哥达德太空中心，科学家们检测了哈勃望远镜敏感的探测力，它的能力等于从华盛顿观察到16万千米外的悉尼的一只萤火虫。哈勃太空望远镜能够探测出比地面望远镜可测光微弱数十倍的光线，相当于在地球上看清月球上2节手电筒的闪光。它的清晰度比目前地面望远镜高10倍。
美国宇航局的爱德华·韦勒说，一个地面望远镜能看清一颗10亿光年的恒星，而哈勃太空望远镜能看到100亿光年的恒星，可让科学家们看清宇宙间还未成熟的恒星，因为它们的年龄也在100亿到200亿年之间。更令人吃惊的发现是，由于这个望远镜能看到从亿万千米远天体上发光时的情况，因此它能让科学家们知道光在到达地球前是什么样子。例如光从太阳到地球约需8分钟，有了哈勃太空望远镜，科学家们就会知道光刚从太阳发射的情况。
科学家认为，这是自400年前伽利略用自制的望远镜观察天体以来，天文学上又一令人惊奇的望远装置，它将揭开人类探索宇宙的新篇章，使人类认识一系列鲜为人知的奥秘。科学家希望它将帮助回答宇宙的形成和演变，地球以外是否有智慧生物等一系列科学难题。
为了确保太空望远镜在空间正常而有效地工作，必须有地面和空中的多方配合。为此而组成了包括航天飞机、太空望远镜、跟踪和数据中继卫星以及地球站在内的大系统，所有这些方面缺一不可。