Salah satu prestasi besar yang dicapai kecerdasan manusia adalah pengetahuan yang mengagumkan mendalamnya tentang planet, sedangkan pengetahuan tersebut semata-mata diperoleh dari mempelajari planet dari jarak jutaan kilometer dengan menggunakan berbagai peralatan. Walaupun perkembangan cepat teknologi antariksa sekarang mulai memungkinkan telaah langsung, namun selama waktu bertahun-tahun mendatang sebagian besar informasi tentang tata surya akan tetap diperoleh dari gelombang-gelombang elektromagnetik yang melintasi ruang hampa dalam antariksa tanpa zat antara untuk perambatannya.

Untunglah gelombang elektromagnetik yang penuh daya ini terdapat dalam banyak ragam yang masing-masing mempunyai kegunaan khusus. Cahaya kasat mata adalah salah satu bagian, tetapi hanya bagian kecil dari spektrum elektromagnetik. Salah satu ujung spektrum merupakan kumpulan gelombang radio yang panjangnya beberapa kilometer, sedangkan ujung yang lain adalah sinar-sinar gamma yang gelombangnya lebih pendek dari pada seperseribu juta senti meter. Diantara kedua ujung ini, dengan urutan mulai dari gelombang yang panjang, terdapat gelombang radio pendek dan gelombang mikro yang digunakan dalam komunikasi; berbagai sinar inframerah; cahaya kasat mata biasa, sinar ultraviolet serta sinar X. Walaupun sumber yang berbeda menghasilkan gelombang yang berbeda panjang maupun ciri-cirinya, semua merambat dengan kecepatan yang sama – yaitu 300.000 kilometer per detik – dan semua menghasilkan informasi bila diolah dengan cermat dan ahli.

Mata telanjang manusia tidaklah banyak gunanya untuk mengamati planet secara menditil. Mata adalah hasil karya besar evolusi dan terancang indah untuk tujuan alamnya, yakni menjaga agar pemiliknya selalu mengetahui perubahan cepat lingkungannya. Tetapi bagi kebanyakan pengamat astronomi mata merupakan alat tumpul yang jauh dari sempurna. Kepekaan mata hanya terbatas pada cahaya kasat mata, yang merupakan bagian kecil spektrum elektromagnetik. Terhadap gelombang lainnya mata sama sekali buta. “Daya pisah“ atau kemampuannya untuk memisahkan sumber-sumber cahaya yang berdekatan dan dengan demikian melihat ditil-ditil yang lembut sangatlah kasar. Banyak bintang yang biasa kita lihat, misalnya Mizar di rasi Biduk Besar, tampak ganda bila dilihat dengan teleskop paling sederhana sekalipun. Namun mata melihatnya sebagai bintang tunggal karena ketidakmampuannya memisahkan benda-benda yang jaraknya kurang dari satu menit busur, yaitu kira-kira sepertiga puluh garis tengah bulan purnama. Sungguh mengagumkan bahwa orang dengan kecerdikannya telah berhasil mengetahui garis besar susunan tata surya hanya dengan melihat mata bugil karena belum ditemukannya teleskop, yakni alat yang begitu besar jasanya dalam perkembangan pesat astronomi modern.

Teleskop adalah hasil kerja para pembuat kaca mata di Belanda yang dari generasi ke generasi mengasah lensa tanpa mengetahui lika-liku kerjanya. Beberapa tahun setelah awal abad ke-17 salah satu di antaranya, mungkin seorang pria yang bernama Lippershey, secara kebetulan belaka menemukan bahwa bila dua lensa dengan kelengkungan yang tepat diletakkan pada jarak yang tepat dapat menyebabkan benda yang jauh tampak lebih besar. Galileo adalah orang pertama yang menerapkan penemuan mencengangkan ini pada pekerjaan serius dalam astronomi.

Alat-alat Galileo masih kasar. Teleskopnya yang pertama memiliki daya pembesaran sekitar tiga kali garis tengah. Tetapi ketika diarahkan ke angkasa pada tahun 1609, alat ini sangat memperluas dan memperkaya pengetahuan manusia mengenai alam semesta. Berbagai hal yang mengagumkan diperoleh melalui tabung kecil itu. Salah satu penemuan besarnya adalah keempat satelit Yupiter yang terang. Venus yang merupakan penemuan besar berikutnya ternyata memiliki fase-fase seperti bulan. Ia menyadari benar-benar pentingnya penemuan yang sedang dilakukannya. “Saya sungguh-sungguh takjub“, demikian tulisnya kepada seorang teman pada tahun 1610,“dan saya mengucap syukur yang tak terhingga kepada Tuhan karena telah berkenan mengizinkan saya menemukan keajaiban-keajaiban begitu besar yang belum pernah diketahui pada segala abad yang lampau“.

Teleskop modern, terutama yang besar-besar, dapat menggunakan cermin cekung sebagai ganti lensa, tetapi semuanya bekerja berdasarkan asas optika yang sama dan semuanya melakukan dua hal. Pertama, lensa maupun cermin cekung itu memperbaiki daya pisah mata, yaitu kemampuannya melihat ditil-ditil yang halus. Lensa obyektif atau lensa depan membentuk santir terbalik pada fokusnya. Besar santir ini bergantung pada jarak benda ke lensa. Santir ini dapat dilihat langsung kalau kita meletakkan kaca buram pada titik pumpun. Gambar yang tampak umumnya sangat kecil, namun merupakan obyek yang tertangkap dalam tabung teleskop dan dapat diamati dengan lensa okuler. Bagaikan mikroskop, lensa okuler dapat memperbesar gambar itu sebesar yang dikehendaki, seperti mikroskop biasa memperbesar serangga yang hampir tak terlihat menjadi makhluk yang mengerikan. Santir Mars, yang kelihatan seperti noda merah kecil, dapat diperbesar sehingga tanda-tanda yang terdapat di permukaannya dapat dilihat secara terpisah oleh mata kasar manusia.

Jasa kedua teleskop adalah mengumpulkan cahaya. Garis tengah pupil mata tidak pernah lebih besar dari tiga perempat sentimeter, dan semua cahaya harus melewati lubang kecil itu. Lensa obyektif suatu teleskop merupakan padanan pupil mata. Yang berbeda adalah ukurannya. Karena lebih besar, lensa mengumpulkan lebih banyak cahaya, dan cahaya ini kemudian dimampatkan dalam berkas sinar yang cukup kecil hingga dapat memasuki pupil. Dengan demikian mata dapat menerima lebih banyak cahaya yang dipancarkan sumber. Ini menyebabkan benda yang dilihat menjadi tampak lebih terang. Lensa selebar lima meter pada teleskop Mount Palomar di Kalifornia, salah satu teleskop paling besar, memusatkan 360.000 kali lebih banyak daripada yang dilihat mata. Bila lensa itu diarahkan ke matahari dan digunakan sebagai suryakanta (hal yang kiranya tidak akan dilakukan), sebuah batu bata akan dapat dilelehkan sehingga berlubang cukup besar.

Berapa pun besarnya dan betapa pun perancangannya, teleskop baru merupakan awal teknologi astronomi. Yang tidak kalah pentingnya adalah fotografi, karena fotografi mampu memperbaiki peri kerja mata dengan berbagai cara lain. Bila film fotografi diletakkan pada titik pumpun sebuah teleskop, seluruh teleskop akan berlaku sebagai sebuah kamera, dan film tadi akan membuat rekaman permanen yang dapat ditelaah dengan santai dan dapat diamati kelak.

Yang masih penting lagi ialah bahwa santir pada film itu tak terbentuk dalam sekejap seperti santir pada mata. Santir tersebut terbentuk sedikit demi sedikit semakin jelas seperti gambar pensil yang makin hitam bila pensilnya digoreskan berulang-ulang. Suatu kamera teleskop dapat mengikuti gerak benda samara-samar yang sama selama semalam – atau bahkan beberapa malam – sementara cahayanya yang lemah membentuk gambar semakin jelas pada film. Lengan spiral galaksi tumbuh, jam demi jam, sehingga menjulur jauh ke ruang antar galaksi. Dengan waktu pemotretan yang sangat lama telah dibuat gambar langit yang bukan main mengagumkannya.

Kalau melihat obyek astronomi melalui teleskop atau memotretnya, kita hanya memanfaatkan sebagian kecil saja informasi yang terkandung dalam cahaya, yaitu arahnya dan intensitas nisbinya, yang bersama-sama membentuk santir obyek tadi pada retina mata atau pada film kamera. Tetapi bila cahaya dipecah menjadi berbagai panjang gelombang yang biasanya membentuk cahaya itu, informasi lain akan dapat digali. Untuk memungkinkan analisis ini, cahaya harus dipelajari dengan prisma atau kisi-kisi halus sejajar dalam alat yang disebut spekroskop. Dengan alat ini orang telah memperoleh bagian penting pengetahuaannya tentang alam semesta.