最早的望远镜发明于17世纪。从伽利略和艾萨克·牛顿等人使用的较早形式的望远镜，演变为约翰·赫维留设计的46米长的望远镜（约翰·赫维留被认为是月球地形的发现者）。1609年，伽利略第一次使用望远镜记录夜空，他的第一个重大发现是天空中的某些“恒星”实际上是围绕木星运行的卫星。

遗憾的是，早期望远镜由于玻璃质量较差，其放大能力并不强。在研制出更强大的望远镜之前，科学家们还无法证实他们关于恒星的理论。直到18世纪70年代，音乐家威廉·赫歇尔开始将注意力转向设计望远镜，这种情况才有所改善。通过反复试验，以及对英格兰巴斯夜空的仔细观测，他发现了一些重要的东西：天王星不是恒星，而是行星。

从那时起，我们对宇宙的理解发生了变化。天王星就是第一个被“发现”的行星。在被乔治三世国王提升为宫廷天文学家之后，赫歇尔继续调试他的望远镜，并深入研究宇宙的奥秘。他曾自豪地说：“我比过去的人类看得更远，我可以观察其他恒星，可以证明光必须花200万年才能到达地球。”

随着19世纪晚期天文摄影的出现，对夜空的研究经历了一场复兴。肉眼和望远镜已不再是天空观察者的唯一工具。现在，拍摄天文现象已成为一门严肃的学科，尤其是在干板摄影技术创新之后，这项技术能帮助科学家和摄影师更多地了解深空。1871年以后，天文学家开始对星云、星团和星系进行成像观测，更长的曝光时间也帮助我们捕捉到了昏暗、遥远的恒星以及各种宇宙现象的画面。

1923年，天文学家爱德文·哈勃使用天文摄影技术对仙女座星系进行了定位，同时也确定了许多造父变星与地球的距离。造父变星是极为明亮的恒星，存在可预测的振动周期。如果没有天文摄影技术，哈勃就无法记录造父变星随时间变化的位置和亮度，也就无法测量距离。基于天文摄影技术，哈勃发现了仙女座星系其实是个大星系，存在于银河系之外。这一发现彻底改变了我们对宇宙空间的理解。哈勃证明，在夜空中可见的光云其实是星系。星系存在的距离很远，远超出银河系，并且科学家认为宇宙中有无数的星系。哈勃通过天文摄影技术显著地扩展了我们对宇宙距离的认识。

如今，随着哈勃望远镜等太空望远镜和地面天文台越来越先进，科学家们能够对更加遥远的宇宙进行研究，这完全超出了过去大多数科学家的想象。但是，仍然有许多天文学家在继续制作星图，并在我们的夜空中找到更加遥远、昏暗的天体，并且将庞大的宇宙缩小到可视的程度。

地球的运动和季节的变化总是会改变我们观测天空的角度，你不必成为地图集制造商或科学家，就可以欣赏从星座到流星雨等所有天象。在我们很小的时候，我们中的许多人就学会了简单识别星座的方法，例如，寻找北斗七星。你只需找到明亮的北极星，北极星位于地平线往天穹顶方向大约三分之一的位置，如果你从北极星向下追踪，就会在北斗七星的手柄末端找到两颗亮星。北极星也是小北斗七星中最亮的恒星，位于七颗亮星的末端。猎户座腰带是另一个易于观测的星座，其中包含三颗明亮的恒星。如果你沿着猎户座腰带的右下角搜寻，就会看到一排垂直且模糊的恒星，这些恒星组成了猎户座的宝剑。中间的“恒星”实际上是猎户星云，它是夜空中最亮的星际气体和尘埃云之一。

不过，当你在南半球，这些观测规则就会发生改变！虽然在北半球，北极星高高耸立在天穹，位于赤道附近的地平线上方，但是当你沿着赤道向南半球旅行时，却完全看不见北极星。由于南半球受光污染的影响比北半球少，因此，在这里可以用肉眼看到北半球看不到的众多天体，其中包括太阳系附近的恒星、矮星系和宏伟的星团等。此外，在北半球常见的星座，比如，北斗七星、仙后座和仙王座等，在赤道以南是“倒置”的，有些则看不见。