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上海天文館主建筑以優(yōu)美的螺旋形態(tài)構(gòu)成“天體運行軌道”，獨具特色的圓洞天窗、倒轉(zhuǎn)穹頂和球幕影院這三個圓形元素構(gòu)成“三體”結(jié)構(gòu)，共同詮釋天體運行的基本規(guī)律。室外綠化勾勒出星系的旋臂形態(tài)，與“星空之境”公園自然銜接，充分體現(xiàn)了建筑與生態(tài)的有機(jī)融合。

上海天文館主展區(qū)包括“家園”“宇宙”“征程”三個部分，全景展現(xiàn)宇宙浩瀚圖景，打造多感官探索之旅，幫助觀眾塑造完整的宇宙觀。“家園”展區(qū)從我們久違了的星空開始，以國際上最先進(jìn)的光學(xué)天象儀帶你駐足仰望璀璨的星空，隨后步入太空，驚嘆于巨大的地球、月球和太陽，帶領(lǐng)觀眾漫步太陽系，欣賞珍貴的天降隕石，進(jìn)而直面銀河系的壯美，了解我們在太空中的方位；“宇宙”展區(qū)從時空、光、引力、元素和生命五個維度全景式地呈現(xiàn)宇宙的奇妙現(xiàn)象，眾多互動展項帶你一同探索天體演化及運行的法則；“征程”展區(qū)則構(gòu)建了一條璀璨的科學(xué)明星之河，展現(xiàn)人類探索宇宙的偉大歷程，以及對未來天文發(fā)展和航天探索的美好憧憬，啟發(fā)觀眾深刻的思考和感悟。

上海天文館擁有四大專業(yè)級天文觀測及天象演示設(shè)備：65厘米自適應(yīng)光學(xué)太陽望遠(yuǎn)鏡（EAST）可在白天實現(xiàn)太陽的多波段觀測，展現(xiàn)高清晰度的太陽黑子、日珥、耀斑等影像；一米雙焦點望遠(yuǎn)鏡（DOT）可在夜間帶觀眾欣賞清晰的月面、行星和美麗的深空天體；全球最先進(jìn)的23米直徑多功能超高清球幕影院帶觀眾進(jìn)入神秘的宇宙世界；高級光學(xué)天象儀則投射出高精度的模擬星空，為觀眾帶來無比震撼逼真的星空體驗。

此外，上海天文館還在其他區(qū)域分散式地安排了“中華問天”（中國人的天文探索歷程）、“好奇星球”（兒童樂園）、“航向火星”（科幻體驗）等特色展區(qū)，以及星空探索營、隕石/創(chuàng)客實驗室等教育活動區(qū)，帶給大家更多宇宙探索的體驗。