中国古代的宇宙结构学说
我国古代最早提出的一种宇宙结构学说是“盖天说”。这种学说认为天是圆形的，好像一把大伞盖在地上；地是方形的，好像一个棋盘。因此，这种学说又叫“天圆地方说”。
这种学说是在古人肤浅的观察中生成的，漏洞百出，很难自圆其说。于是，人们又不断地对“盖天说”进行修改。到了战国末期，出现了“新盖天说”。
新盖天说认为，天像扣着的斗笠，地像扣着的盘子，天和地不相交，天地之间相距八万里。盘子的最高点是北极。太阳围绕着北极旋转，太阳落下山，并不是落到地面以下，而是到了我们看不见的地方。盖天说在我国古代影响极大，对古代数学和天文学的发展有重要的指导作用。
盖天说之后，东汉的天文学家张衡提出了“浑天说”。浑天说认为，天与地的关系就像鸡蛋中蛋白和蛋黄的关系，地是蛋黄，它被像蛋白一样的天包裹着。具体说，天的形状不是标准的圆球，而是一个南北短、东西长的半椭圆球。
大地也是一个球，它浮在水上，回旋飘荡着。
盖天说无法解释日月星辰东升西落的现象，浑天说却能。此说认为日月星辰附着在天球上，白天，太阳升到我们可见的天空中，日月星辰落到地球的背面去；夜晚，太阳落到地球的背面去，星星和月亮升起来。星、月和太阳交替升起，周而复始，便出现了有规律的黑夜和白昼。
浑天说出现后，并没有立即取代盖天说，两种说法相互争执。但是，浑天说明显更具优势，它除了能解释许多盖天说无法解释的现象外，还有当时最先进的天文仪器——浑仪和天仪来帮助论证。因此，它在我国古代天文领域中称霸上千年。
古代的计时器——日晷
在钟表没有发明之前，人类曾使用过一种古老的太阳钟——日晷来计时间。
日晷是根据太阳东升西落的运动，利用太阳投射的影子来测定时刻的装置。
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”，它垂直地穿过石制圆盘的中心。圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，呈南高北低状，使晷面平行于天球赤道面。这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。
晷面的正反两面刻有12个大格，每个大格代表两个小时。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便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，以此来显示时间。
古老的天文学
最早的天文学研究的方法是天体测量学。古埃及人根据天狼星在空中的位置来确定季节；古代中国人早在公元前7世纪就制造了制定节令的圭表，通过测定正午日影的长度拟定节令、回归年或阳历年。古人依靠对星的观测，绘制星图，划分星座，编制星表。
春秋战国时期，齐国的天文学家甘德著有《天文星占》八卷，魏国人石申著有《天文》八卷。后人将这两部著作合为一部，称为《甘石星经》。这是我国、也是世界上最早的一部天文学著作。我国现存最早的天文著作是汉代史学家司马迁所著的《史记·天官书》。司马迁在此书中记下了558颗星，创造了一个生动的星官体系，奠定了我国星官命名的基础。
郭守敬发明的天文仪器
郭守敬（1231~1316年），中国元朝的大天文学家、数学家、水利专家和仪器制造家。他对浑仪进行了改进，发明了简仪。
当年，郭守敬只保留了浑仪中最主要最必需的两个圆环系统，并且把其中的一组圆环系统分出来，改成另一个独立的仪器，再把剩余系统的圆环完全取消。然后，他把原来罩在外面作为固定支架用的那些圆环也全都撤除，只留下仪器上的一套主要圆环系统。最后，他用一对弯拱形的柱子和另外四根柱子，承托住留下的这个系统。这种结构，比原来的浑仪更实用，更简单，所以取名“简仪”。在欧洲，直到300多年后的1598年，丹麦的天文学家第谷才发明了与简仪相似的天文仪器。
中国古代的天文台
中国是世界上天文学发展比较早的国家之一，天文观测的历史十分悠久，夏代就建有天文台了。早期的天文台既是观测星象的地方，也是祭祀活动的场所。古代帝王在这里祭天，同时任命专职人员在这里观测天象，占卜吉凶，编撰历书。随着天文事业的发展，祭天和观天逐渐分离，出现了专门观测、研究天文的天文台。
目前我国保存下来的最古老的天文台是河南登封县的观星台，它建于13世纪末。据说，元代著名的天文学家郭守敬就曾在这里主持过测量工作。当今世界上保留下来的最古老的天文台是公元632年建于韩国庆州的天文台。
现代的观测仪器——射电望远镜
20世纪30年代，美国无线电工程师雷伯发明了第一架射电望远镜。射电望远镜不同于光学望远镜，它接收的不是天体的光线，而是天体发出的无线电波。它的样子与雷达接收装置非常相像。它最大的特点是不受天气条件的限制，不论刮风下雨，还是白天黑夜，都能观测，而且观测的距离更加遥远。
射电望远镜为什么会有这么大的本事呢？我们知道，宇宙中的天体都能发出不同波长的辐射，但我们的眼睛只能看见可见光范围内的辐射，对可见光之外的酌射线、X射线、紫外线、红外线和无线电波“视而不见”。射电望远镜能接收各种波长的辐射，因此，还能观测到光学望远镜看不到的天体呢！随着射电望远镜的发展，天文学又前进了一大步，先后发现了类星体、星际有机分子、微波背景辐射和中子星。
著名的哈勃太空望远镜
哈勃空间望远镜是目前世界上最大的太空望远镜，它于1990年4月24日由美国的“发现号”航天飞机发射进入太空。哈勃望远镜重9.1吨，有一台口径为2.4米的反射望远镜，镜身长13.1米，直径为4.26米。由于太空中没有空气、尘埃等的阻挡，所以它拍摄的照片非常真实、数量多，同时也很清晰、漂亮。“哈勃”自发射后，已经成为天文史上最重要的仪器，填补了地面观测的缺口，帮助天文学家解决了许多根本上的问题。
目前，哈勃空间望远镜已到“晚年”。它在太空运行的过程中，分别在1993年、1997年、1999年、2001年，实施了四次大修。尽管每次大修以后，“哈勃”都会焕然一新，但仍旧掩盖不住它的“沧桑”。
探索宇宙必须具备的速度
我国明朝的万户，曾试图借助火箭内推力和风筝上升的力量飞上蓝天，结果为此丧命。飞向太空除了要有安全的飞行装备，还必须具备一定的速度才行。
飞上太空有三种情况，每一种都要具备相应的速度才能到达。
第一宇宙速度：7.91千米/秒，达到这个速度，卫星（或飞船）就可环绕地球飞行而不掉下来，所以也叫“环绕速度”。
第二宇宙速度：11.2千米/秒，达到这个速度，卫星（或飞船）就可脱离地球，飞向其他行星，所以又叫“脱离速度”，但不能脱离太阳系。
第三宇宙速度：16.7千米/秒，达到这个速度，卫星（或飞船）就可离开太阳系，飞向其他恒星。
以上是要到达目的地的最低速度，由于空气阻力和其他因素的影响，实际上要到达目的地，还要比以上速度快一些才行。
探索宇宙的工具——火箭
1926年3月16日，美国的工程师戈达德创制出世界上第一枚液体燃料火箭（单级火箭），并发射成功。虽然这枚火箭只运行了2.5秒，飞了12米高，但它却是世界航天史上一个重要的里程碑。
现代火箭是一个长的圆柱体，它总共有三大系统：结构系统、动力系统、控制系统。结构系统是火箭的躯壳，保护内部各组织；动力系统是火箭的生命之源，由燃料部分和发动机部分组成；而控制系统就像是火箭的大脑，指挥它的飞行速度、方式并确定飞行目标。
火箭只是一次性的航天运载工具，“生命”一般只有10~20分钟。当火箭将所运载的器材送入预定轨道后，它就完成了使命，然后会坠入大气层中，结束辉煌而短暂的一生。
随着人类对太空探索的深入和空间飞行器功能的不断增多，要求火箭具有更大的运载能力，因而出现了多级火箭。简单地说，多级火箭就是把几个单级火箭首尾连接在一起形成的。多级火箭不仅可以连续增加射程，而且用完一级就可以把空壳抛掉，以减轻负荷，提高火箭的飞行速度。
根据动力能源不同，火箭可分为化学火箭、核火箭和电火箭。化学火箭又可分为固体火箭、液体火箭和混合推进剂火箭。按照用途的不同，火箭还可以分为航天火箭、军用火箭和民用火箭。航天上，火箭可以搭载各种宇宙探测设备。军事上，火箭可用于攻击敌方的军事目标和侦查敌方的军事设施。生活中，我们可以使用小火箭在节日里燃放焰火。
用途多样的人造卫星
月球围绕地球转，是地球的卫星。还有一种天体也可以围绕地球运行，但它不是天然形成的，而是人造的，因此叫“人造卫星”。科学家用火箭把人造卫星发射到预定的轨道，使它环绕着地球或其他行星运转，以便进行探测或科学研究。围绕哪一颗行星运转的人造卫星，我们就叫它哪一颗行星的人造卫星，比如最常用于观测地球和通信方面的，叫人造地球卫星。它们运行时，处在地球引力与自身离心力相平衡的状态下，除非科学家人为地让它从天上掉下来，否则它们不会回到地面。
所有国家在发射卫星时，总是把发射方向指向东方。这是因为地球自转的方向是自西向东的，人造卫星由西向东发射时，可以利用地球自转的惯性，从而节省燃料和推力。不过，由于世界各地的发射地所在的位置不同，发射的方向总是偏北或偏南一些。
人造卫星按轨道分类，可以分为低轨道卫星、中高轨道卫星和地球静止轨道卫星。低轨道卫星距离地面的高度为200~2000千米；中高轨道卫星的高度为2000~20000千米；地球静止轨道卫星的高度为35786千米。
如果按用途分类，可分为科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。科学卫星包括各种空间物理探测卫星和天文卫星；技术试验卫星是指用于卫星技术和空间技术试验的卫星；应用卫星则包括各种通信卫星、气象卫星、资源卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星等。
侦察卫星的本领
侦察卫星是一种获取军事情报的卫星，它之所以能胜任间谍之职，是因为它站得高，看得远，具有侦察面积大、范围广、速度快、效果好、可随时监视某一地区等优点。现在，侦察卫星使用得非常广泛，数量占所有人造卫星的1/3左右。
照相侦察卫星上都装有各种先进的照相机。其中，“全景照相机”可以旋转整个镜头，其旋转角度达180毅，主要用来进行大面积搜索、监视、进行地面目标的“普查”。“画幅式照相机”主要用于“详查”地面目标，对可疑目标进行详细的辨认。美国“大鸟”照相侦察间谍卫星上的画幅式照相机，从160千米的高空拍摄下来的照片，竟能够分辨出地面上0.3米大小的物体，也就是说能够看清一个人背的包是什么样的。
预防灾难的卫星
世界各地时常发生各种自然灾害，一些专门的卫星在减灾防灾方面起到了重要的作用。现代的某些气象卫星，能够不间断地对地球大气进行观测，连续关注一些潜在的气象灾害，并做出准确的预报。还有一种能穿云透雨的雷达卫星，它能发出一定频率的电磁波，穿到地表以下一定的深度，将反射和散射的回波形成图像，供科学家们参考、研究。
现在，还有一种用于预报地震的卫星。这种卫星上装有遥感仪器，能准确测出地面、水面及各种界面上的温度。因为，地震前，震区周围会出现温度异常的前兆，如果地震卫星捕捉到这种异常的变化，就会迅速提供温度图像，以供相关专家参考。
茫茫宇宙中的宇宙飞船
宇宙飞船实质上就是载人的卫星，与卫星不同的是它有应急、营救、返回、生命保障等系统，以及雷达、计算机和变轨发动机等设备。宇宙飞船的体积和质量都不太大，因此飞船每次只能乘2~3名宇航员，一般在太空中只能停留几天。
目前，科学家已经研制出三种结构的宇宙飞船，即一舱式、两舱式和三舱式。一舱式是最简单的，只有宇航员的座舱；两舱式飞船是由座舱和提供动力、电源、氧气和水的服务舱组成，改善了宇航员生活和工作的环境；三舱式是在两舱式的基础上增加了一个轨道舱，增大了宇航员的活动空间，可以进行多种科学实验。
宇宙飞船的返回舱与“黑障”现象
宇宙飞船的返回舱是一个密闭座舱，在轨道中飞行时与轨道舱连在一起，成为航天员的居住舱。在宇宙飞船起飞阶段和降落阶段，航天员都要半躺在该舱内的座椅上。座椅前方是仪表板，可以显示飞行情况。座椅上安装姿态控制手柄，在飞船自控失灵时，可以手动此手柄进行调整。
飞船（三舱式）返回地面之前，轨道舱和服务舱分别与返回舱分离，并在进入大气层的过程中焚毁，只有返回舱载着航天员返回地面。返回舱进入地球大气层时，在某一段时间内，会出现与外界联络严重失真甚至中断的现象，这在航天上叫“黑障”现象。原来，航天器在经过大气层时，与大气产生剧烈的摩擦，使其表面与周围的空气发生电离，从而导致通信电波衰减或无法发出。
当航天器的速度逐渐减慢后，通信也就恢复正常了。
航天飞机与空天飞机
航天飞机是集卫星、飞机、宇宙飞船技术于一身的，部分可重复使用的航天器。它需垂直起飞、水平降落，以火箭发动机为动力发射到太空，能在轨道上运行，且可以往返于地球表面和近地轨道之间。
它由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。