Od úsvitu věků lide pozorovali vesmír, nejprve prostým okem a později pomocí stále se zdokonalujících dalekohledů. Ve dvacátém století se otevřela další okna do vesmíru, když bylo zjištěno, že z vesmíru na Zemi přicházejí i radiové vlny a rozličné částice. Bylo by možné říci, že v roce 2015 bylo otevřeno další okno v oblasti gravitačních vln, nicméně správnější vyjádření by bylo, že věda s rozběhem rozkopla dveře.
Hubbleův vesmírný dalekohled na oběžné dráze Země
Optická astronomie
Optická astronomie studuje v zásadě to, co je viditelné lidským okem a v blízkých oblastech spektra, tedy ultrafialové oblasti (UV) a v oblasti infračervené (IR). Nevýhodou je, že když mraky jsou v této oblasti spektra neprůhledné. Co se IR pásma týče, tam ani nemusí přijít mrak a pozorování bohatě zničí i vodní pára v atmosféře. Proto se IR observatoře staví zejména na pouštích (např. ESO – Evropská jižní observatoř na poušti Atacama v Chile) a dalekohledy se s rozvojem komonautiky umisťují na oběžnou dráhu Země, kde nejsou ani marky ani vzlhkost vzduchu (od roku 1990 Hubbleův vesmírný dalekohled, dále pak Vesmírný dalekohled Jamese Webba plánovaný na rok 2018)
Radiová astronomie
Radiová astronomie studuje vesmír v pásmu radiových vln. Např. sluneční erupce se projevují na všech frekvencích a opravdu silné erupce mohou způsobit výpadek radiových a televizních přenosů.
Radiové záření z vesmíru jako první objevil Karl Jansky, americký inženýr českého původu, který pro Bellovy laboratoře hledal zdroj rušení radiových komunikačních spojů. Kromě zdrojů pozemských našel jeden i na obloze v souhvězdí Střelce, kde (jak dnes víme) je střed naší Galaxie.
Další radioastronomické pozorování bylo učiněno již v roce 1942, kdy silná erupce způsobila rušení britských radarů, které bylo považováno za předzvěst útoku Luftwaffe (tato událost však byla publikována až po druhé světové válce).
Po druhé světové válce nastal (po počáteční nedůvěře optických astronomů v novou oblast) rychlý rozvoj radioastronomie, zejména Velká Británie se díky zkušenostem s radary stala radioastronomickou velmocí. V České republice pracují tři sluneční radioteleskopy, na hvězdárně v Ondřejově, kteér pokrývají frekvence od 800 MHz do 5 GHz).
Radioteleskopy observatoře VLA (Very Large Array) v Novém Mexiku
Jeden z dalekohledů observatoře Pierra Augera, který pozoruje záblesky vzniklé při průletu částic atmosférou
Částicová astronomie
Částicová astronomie zachycuje subatomární částice, které přilétají z vesmíru. Např. v mlžné komoře se čas od času objeví stopa, aniž bychom do komory umístili nějaký zdroj záření. Mluvíme o kosmickém záření. Část kosmického záření pochází ze Slunce, částice s nejvyšší energií vyletují z mezihvězdného a mezigalaktického prostoru.
Částice tohoto vysokoenergetického záření mají běžně energie více jak milionkrát vyšší, než jaké dokaže produkovat soudobá technika v těch největších urychlovačích — urychlovač LHC v CERNu dokáže urychlyt protony na energii 14 · 1012 eV, vysokoenergetické záření má energii až 1020 eV.
Původ vysokoenergetického záření není dosud uspokojivě vysvětlen. Na rozluštění této záhady se podílejí i čeští vědci v prámci Observatoře Peirra Augera, budované od roku v argentinské pampě. Po více jak deseti letech začíná být v této otázce konečně trochu jasno.
Pozorování gravitačních vln
Dne 14. září 2015, v roce, kdy uplynulo sto let od publikace článku, ve kterém Albert Einstein vysvětlil obecnou teorii relativity, byly po padesáti letech pokusů objeveny gravitační vlny, které obecná teorie relativity předpověděla.
Gravitační vlna je periodické „zvlnění“ času a prostoru, které se šíří z okolí dvojic rotujících kompaktních hvězd nebo černých děr. Změny časoprostoru jsou velmi malé, řádu 10-22 metru. Proto byly během padesáti let zdokonalovány laserové interferometry — principiálně podobné interferometru Michelsonovu-Morleyho. I zde jsou dvě na sebe kolmá ramena, kterými se šíří laserové paprsky. Pokud se délka ramen vlivem průchodu gravitační vlny změní, v interferenčním obrazci je to patrné.
Na obrázku je záznam události z 14. září 2015. Dva detektory LIGO — v Hanfordu (stát Washington, spravuje CalTech) a v Livingstonu (stát Lousiana, spravuje MIT) jsou od sebe 3 000 km, čímž lze vyloučit náhodné vlivy — signál se musí objevit na obou detektorech. Signál byl porovnáván s numerickými simulacemi různých zdrojů gravitačních vln a z těchto simulací vyplývá, že se jednalo o splynutí dvou černých děr s hmotnostmi \(\left(29 \pm 4\right) M_{\odot}\) a \(\left(36 \pm 4\right) M_{\odot}\) ve vzdálenosti 1,3 miliardy světelných let. Přibližně bylo možné odhadnout i oblast, ze které gravitační vlny pocházely. Z této oblasti pak 0,4 sekundy po detekci gravitačních vln přišel záblesk tvrdého gama záření, který s tímto splynutím černých děr s největší pravděpodobností souvisí.
