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众所周知，地球表面有一层厚厚的大气，它们是地球的保卫者。地球大气中各种粒子主要通过对天体辐射的吸收和反射，使得大部分波段范围内的天体辐射无法到达地面。人们把能到达地面的波段形象地称为“大气窗口”，这种“窗口”有三个：光学窗口、红外窗口、射电窗口。大气对于其他波段，比如紫外线、X射线、γ射线等均是不透明的，在人造卫星上天后才实现这些波段的天文观测。
最早的红外观测可以追溯到18世纪末。由于地球大气的吸收和散射造成在地面进行的红外观测只局限于几个近红外窗口，因此要获得更多红外波段的信息，就必须进行空间红外观测。从19世纪下半叶，红外天文学观测才真正开始。最初是用高空气球，后来发展到飞机运载红外望远镜或探测器进行观测。
1983年1月23日，美英荷联合发射了第一颗红外天文卫星IRAS。其主体是一个口径为57厘米的望远镜，主要从事巡天工作。IRAS的成功极大地推动了红外天文在各个层次的发展。直到现在，IRAS的观测源仍是天文学家研究的热点目标。
1995年11月17日，由欧洲、美国和日本合作的红外空间天文台ISO被发射升空。ISO的主体是一个口径为60厘米的R-C式望远镜，它的功能和性能均比IRAS有许多提高。与IRAS相比，ISO具有更宽的波段范围、更高的空间分辨率、更高的灵敏度（约为IRAS的100倍）以及更多的功能。
紫外波段介于X射线和可见光之间的频率范围，观测波段为100～3 100埃。紫外观测需要避开臭氧层和大气对紫外线的吸收，所以在150千米的高度才能进行。从最初用气球将望远镜载上高空观察，到后来用了火箭、航天飞机和卫星等空间技术才使紫外观测有了真正的发展。
1968年美国发射了OAO-2卫星，之后欧洲也发射了TD-1A卫星，它们的任务是对天空的紫外辐射做一般性的普查观测。被命名为“哥白尼”号的OAO-3卫星于1972年发射升空，它携带了一架0.8米的紫外望远镜，正常运行了9年，观测了天体的950～3500埃的紫外光谱。
1990年12月2日—11日，“哥伦比亚”号航天飞机搭载Astro-1天文台做了空间实验室第一次紫外光谱上的天文观测；1995年3月2日开始，Astro-2天文台完成了为期16天的紫外天文观测。
1999年6月24日，FUSE卫星被发射升空，这是NASA的“起源计划”项目之一，其任务是要回答天文学有关宇宙演化的基本问题。
紫外天文学是全波段天文学的重要组成部分，自“哥白尼”号升空至今，已经发展了紫外波段的EUV（极端紫外）、FUV（远紫外）、UV（紫外）等多种探测卫星，覆盖了全部紫外波段。
X射线辐射的波段范围是0.01～10纳米，其中波长较短（能量较高）的称为硬X射线，波长较长的称为软X射线。天体的X射线是根本无法到达地面的，因此只是在人造地球卫星上天后，天文学家才获得了重要的观测成果，X射线天文学才发展起来。
1962年6月，美国麻省理工学院的研究小组第一次发现来自天蝎座方向的强大X射线源，这使X射线天文学进入了较快的发展阶段。后来随着高能天文台1号、2号两颗卫星的发射成功，首次进行了X射线波段的巡天观测，使X射线的观测研究向前迈进了一大步，形成对X射线观测的热潮。
γ射线比硬X射线的能量更高，波长更短。由于地球大气的吸收，γ射线天文观测只能通过高空气球和人造卫星搭载的仪器进行。
1991年，美国的康普顿空间天文台（CGRO）由航天飞机送入地球轨道。它的主要任务是进行γ波段的首次巡天观测，同时也对较强的宇宙γ射线源进行高灵敏度、高分辨率的成像、能谱测量和光变测量，取得了许多有重大科学价值的成果。
CGRO配备了4台仪器，它们在规模和性能上都比以往的探测设备有量级上的提高，这些设备的研制成功为高能天体物理学的研究带来了深刻的变化，也标志着γ射线天文学开始逐渐进入成熟阶段。
随着空间技术的发展，在大气外进行光学观测已成为可能，所以就有了可以在大气层外观测的空间望远镜（space telescope）。空间观测设备与地面观测设备相比，有极大的优势。以光学望远镜为例，望远镜可以接收宽得多的波段，短波甚至可以延伸到100纳米。没有大气抖动后，分辨能力可以得到很大的提高，空间没有重力，仪器就不会因自重而变形等。
HST是由美国宇航局主持建造的4座巨型空间天文台中的第一座，也是所有天文观测项目中规模最大、投资最多、最受公众瞩目的一项。它筹建于1978年，设计历时7年完成，并于1990年4月25日由航天飞机运载升空。但由于人为原因造成的主镜光学系统的球差，不得不在1993年12月2日进行了规模浩大的修复工作。这次修复非常成功，它的分辨率比地面的大型望远镜竟然高出了几十倍！