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上海天文馆主建筑以优美的螺旋形态构成“天体运行轨道”，独具特色的圆洞天窗、倒转 [[ 穹顶 ]] 和球幕影院这三个圆形元素构成“三体”结构，共同诠释天体运行的基本规律。室外绿化勾勒出星系的旋臂形态，与“星空之境”公园自然衔接，充分体现了建筑与生态的有机融合。

上海天文馆主展区包括“家园”“宇宙”“征程”等三个部分，全景展现宇宙浩瀚图景，打造多感官探索之旅，帮助观众塑造完整的宇宙观。“家园”展区从我们久违了的 [[ 星空 ]] 开始，以国际上最先进的 [[ 光学 ]] 天象仪带你驻足仰望璀璨的星空，随后步入太空，惊叹于巨大的 [[ 地球 ]] 、 [[ 月球 ]] 和 [[ 太阳 ]] ，带领观众漫步 [[ 太阳系 ]] ，欣赏珍贵的天降 [[ 陨石 ]] ，进而直面 [[ 银河系 ]] 的壮美，了解我们在 [[ 太空 ]] 中的方位；“宇宙”展区从时空、光、引力、元素和生命五个维度全景式地呈现宇宙的奇妙现象，众多互动展项带你一同探索天体演化及运行的法则；“征程”展区则构建了一条璀璨的科学明星之河，展现人类探索宇宙的伟大历程，以及对未来天文发展和航天探索的美好憧憬，启发观众深刻的思考和感悟 。 上海天文馆拥有四大专业级天文观测及天象演示设备，65厘米自适应光学太阳望远镜（EAST）可在白天实现太阳的多波段观测，展现高清晰度的太阳黑子、日珥、耀斑等影像；一米双焦点望远镜（DOT）可在夜间带观众欣赏清晰的月面、行星和美丽的深空天体；全球最先进的23米直径多功能超高清球幕影院带您进入神秘的宇宙世界；高级光学天象仪则投射出高精度的模拟星空，为您带来无比震撼逼真的星空体验 。