探索宇宙

直到黎明航天在美国，天文学家观测太阳系以外天体的能力有限，只能观测太阳系的这些部分电磁波谱可以穿透地球的的气氛。这些部分包括可见光区、部分紫外线区和大部分射频区。能够把仪器放在宇宙飞船在大气层以上运行(看到卫星观测)打开了在光谱的所有区域观测宇宙的可能性。即使在可见区域工作，太空天文台也可以避免造成的问题大气湍流和大气光。

从20世纪60年代开始，一些国家推出了卫星探索伽玛射线、x射线、紫外线、可见光和红外区域的宇宙现象。最近，是基于太空的射电天文学一直在追求。在20世纪的最后几十年里美国着手开发一系列长期轨道设施，统称为大天文台．它们包括哈勃太空望远镜，于1990年发射，用于观测可见光和紫外线区域;的康普顿伽马射线天文台，于1991年推出;的钱德拉x射线天文台，于1999年推出;和斯皮策太空望远镜，于2003年推出。欧洲和日本也一直活跃在天基领域天文学而且天体物理学．欧洲的赫歇尔2009年发射的红外天文台研究了其起源和进化恒星和星系。日本的望远镜Akari2006年发射的宇宙飞船也用红外光谱观测了宇宙。

这些太空调查的结果对理解宇宙、星系、恒星和行星系的起源、演化和可能的未来做出了重大贡献。例如，美国宇宙背景探测器(COBE)卫星于1989年发射，绘制了早期宇宙留下的微波背景辐射，为宇宙是在一个宇宙中创造的理论提供了强有力的支持原始的爆炸，称为大爆炸．精确测量宇宙微波背景美国人威尔金森微波各向异性探头(WMAP, 2001)和欧洲普朗克宇宙飞船(2009)使天文学家能够确定宇宙的年龄、大小和形状。美国卫星开普勒(2009)发现了数千颗行星的惊人候选者多样性绕着遥远的太阳运行。欧洲卫星Hipparcos(1989)和盖亚(2013)精确地绘制了超过10亿颗恒星的位置。哈勃太空望远镜拍摄到的宇宙物体的惊人图像不仅大大增加了科学知识，而且塑造了公众对宇宙的看法，也许和这位天文学家一样重要伽利略的观察月亮而且木星近四个世纪以前。作为灵敏度不断提高的地面天文台的补充，天基天文台帮助创造了现代天文学的革命。

微重力研究

绕地球飞行的宇宙飞船基本上处于连续的状态自由落体．所有与航天器相关的物体，包括任何乘员和其他内容，都在加速。，以与地球引力场相同的速度自由下落(看到地球:基本行星数据)．因此，这些物体无法“感觉到”地球物体的存在重力而是体验一种状态失重或零重力。然而，真正的零重力只有在自由下落物体的质心处才会出现。随着距离质心的距离增加，重力的影响在垂直于物体飞行轨迹的两个方向上都增加。这些恒定但微小的加速度使这个术语的使用成为必要微重力来描述这个空间环境．(在地球或飞机上也可以短暂地制造出类似的失重效果。)人类活动或航天器中设备的操作会引起振动，从而产生额外的加速度，从而提高重力水平，这使得在足够低的微重力条件下进行高灵敏度实验变得困难。尽管宇宙飞船设计者不能完全消除引力效应，但他们希望在宇宙的某些部分减少引力效应国际空间站通过将这些区域尽可能地与振动和其他干扰隔离，将其降至微重力(地球引力的百万分之一)。

在没有重力的情况下进行实验的机会从轨道活动一开始就引起了科学家的兴趣。除了担心进入太空的失重对人类的影响之外(见上图生物医学，心理学和社会学方面)，科学家们对其对除人类以外的动植物的生殖和发育周期的影响很感兴趣。总体目标是利用天基研究来增加对广泛的生物过程的一般理解。

生命科学实验在月球上进行太空实验室，礼炮号,米尔空间站而且构成国际空间站上的重要部分工作。也进行了这样的研究航天飞机任务，特别是在太空实验室设施。此外，苏联美国发射了许多专门用于生命科学研究的机器人卫星。这些实验涉及了广泛的非人类生物，从细菌、植物和无脊椎动物到鱼、鸟、青蛙、乌龟和哺乳动物，如老鼠和猴子。宇航员也曾作为实验对象，进行神经系统功能和衰老过程等课题的研究。1998年10月，美国参议员和前汞宇航员小约翰·h·格伦他在77岁时返回太空，执行一项致力于生命科学研究的航天飞机任务，其中包括研究衰老过程与身体对失重反应之间的相似性。希望在微重力环境下进行的生物医学实验结果可以用于改善人类健康和健康幸福究竟

微重力环境也为探索材料行为的实验提供了独特的条件。研究领域包括生物技术、燃烧科学、流体物理、基础物理和材料科学．在微重力环境下对各种材料(包括金属、合金、电子和光子材料、复合材料、胶体、玻璃和陶瓷以及聚合物)进行的实验，使人们对重力在地球上类似实验室和制造过程中的作用有了更好的了解。微重力环境提供了生产生物材料的潜力，包括用于晶体学分析的高度有序的蛋白质晶体，甚至类似于人类组织的材料，这些材料在地球上很难或不可能制造。尽管微重力研究在很大程度上仍处于基础水平，但科学家和工程师们希望，额外的工作——国际空间站的另一个主要关注点——将带来对地球上的制造过程非常有用的实用知识。

观察地球

卫星、空间站和航天飞机任务为科学家收集有关地球本身的数据提供了一个新的视角。除实际应用外(见下文空间应用)，从太空对地观测对基础知识作出了重大贡献。一个早期和持续的例子是利用卫星进行各种大地测量，这使得精确地确定了地球的形状、内部结构、旋转运动以及海洋的潮汐和其他周期性运动。领域多样化的考古学、地震学和海洋学同样受益于从轨道上进行的观测和测量。

科学家们已经开始利用太空观测作为全面的在海洋学和生态学等领域的努力，以理解和模拟全球气候变化的原因、过程和影响气候变化，包括人类活动的影响。其目标是在有意义的时间跨度内获得有关塑造地球未来的关键物理、化学和生物过程的全面数据集。这是一项协调一致的国际努力，美国、欧洲、日本和其他国家正在提供卫星，以获得所需的观测数据。