Wielu osobom astronomia nieodłącznie kojarzy się z teleskopem – długą rurą, której jeden koniec skierowany jest w niebo, a przy drugim tkwi oko okutanego w swetry i szaliki obserwatora. Rzeczywiście, teleskopy optyczne są nadal podstawowymi narzędziami badawczymi, choć dziś ich kształty zupełnie nie przypominają klasycznych lunet, a zamiast zmysłu wzroku wykorzystuje się o wiele czulsze i dokładniejsze detektory elektroniczne. Sam astronom nie musi już ślęczeć przy teleskopie, może korzystać z niego nawet z innego kontynentu za pośrednictwem Internetu. Aby zgłębić tajemnice Wszechświata, współcześni astronomowie stosują jednak znacznie szerszą gamę urządzeń.
Teleskopy optyczne rejestrują promieniowanie widzialne. Nie ma jednak żadnego powodu, by wszystkie ciała niebieskie emitowały tylko (czy głównie) właśnie ten typ promieniowania. Mogą wysyłać również fale radiowe, podczerwone, ultrafioletowe, rentgenowskie, a nawet najbardziej energetyczne promienie gamma. Rodzaj emisji zależy od warunków panujących w danym obiekcie, na przykład od temperatury. Żeby je poznać, należy obserwować kosmos we wszystkich zakresach fal.
Taki właśnie cel miała NASA, gdy opracowywała projekt czterech wielkich obserwatoriów kosmicznych. Ich zadaniem jest badanie Wszechświata w różnych zakresach promieniowania elektromagnetycznego. Najbardziej znanym z wielkich obserwatoriów jest Kosmiczny Teleskop Hubble’a, operujący w zakresie optycznym. Został wystrzelony w 1990 r. we współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA). Przewiduje się, że jego misja potrwa do 2010 r. Drugim z kolei wielkim obserwatorium był Compton – obserwatorium promieniowania gamma. NASA umieściła je na orbicie w 1991 r. Działało przez 9 lat, dłużej niż przewidywano. Kolejnym przedsięwzięciem z tej serii było obserwatorium rentgenowskie Chandra.