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空间望远镜或太空天文台，是在外太空用于观测天体的望远镜。经由莱曼·斯皮策在1946年的提议，第一批运行的望远镜是1968年发射的美国轨道天文台OAO-2，以及1971年在苏联太空站Salyut 1上的Orion 1紫外线望远镜。
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因为地球的大气层对许多波段的天文观测影响甚大，天文学家便设想若能将望远镜移到太空中，便可以不受大气层的干扰得到更精确的天文资料。目前已有不少空间望远镜在太空中运行，例如：观测可见光波段的哈勃空间望远镜，观测X光波段的钱德拉空间望远镜，观察γ射线波段的康普顿天文台（已于2000年退役）以及观测暗物质的暗物质粒子探测卫星等。
1837年，普鲁士天文学家威廉·沃尔夫·比尔和约翰·海因里希·冯·马德勒讨论在月球上建立天文台的好处。1946年，美国理论天体物理学家莱曼·斯皮策提出一个空间望远镜的构想。[1]斯皮策提议建立一个不会受到地球大气层阻碍的大型望远镜。在1960年代和1970年代为建造这样一个系统进行游说之后，斯皮策的构想最终实现成了哈勃空间望远镜，它于1990年4月24日由发现号航天飞机（STS-31）发射。
第一批运行的空间望远镜是1968年发射的美国轨道天文台OAO-2，以及1971年在苏联太空站Salyut 1上的Orion 1紫外线望远镜。
在地球上的地面天文台进行天文学研究时，会受到大气层对电磁辐射的过滤和扭曲（闪烁）影响。[1]在大气层外围绕地球运行的望远镜，既不会受到大气层的闪烁影响，也不会受到地球上人工光源的光害影响。因此，空间望远镜的角分辨率通常比具有类似孔径的地面望远镜高得多。许多较大的地面望远镜也因此而运用自适应光学技术以减少大气效应。
太空天文学对于光学窗和无线电窗以外的频率范围更为重要，这是电磁波频谱中仅有的两个不被大气层严重衰减的波长范围。例如，X射线天文学在地球上进行几乎是不可能的，只有由于钱德拉天文台和XMM-牛顿卫星等轨道上的X射线望远镜，才达到目前天文学的重要性角色。红外线和紫外线基本上也被阻挡。
空间望远镜的建造成本比地面望远镜高得多。由于它们的位置，空间望远镜也极难维护。哈勃空间望远镜是由航天飞机提供服务的，但大多数空间望远镜根本无法获得这种服务。
美国国家航空航天局、印度太空研究组织、欧洲空间局、中国国家航天局、日本宇宙航空研究开发机构和后来由俄罗斯航太继承的前苏联太空计划已经发射许多卫星并营运中。截至2018年，许多空间望远镜和天文台已经完成了它们的任务，而其他的则继续延长运行时间。然而，空间望远镜和天文站的未来可用性取决于及时和充足的资金。虽然美国国家航空航天局、日本宇宙航空研究开发机构和中国国家航天局已经计划建立未来的太空天文台，但科学家们担心未来的计划无法立即填补技术缺口，而这将影响基础科学的研究。[2]
- 钱德拉空间望远镜
- XMM-牛顿卫星（XMM-Newton）
- 普郎克巡天者
- 赫谢尔太空天文台
- 费米伽马射线空间望远镜
- 暗物质粒子探测卫星
- 詹姆斯·韦伯空间望远镜
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