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L'astronomia è la scienza che si occupa dell'osservazione e della spiegazione degli eventi celesti. Studia le origini e l'evoluzione, le proprietà fisiche, chimiche e temporali degli oggetti che formano l'universo e che possono essere osservati sulla sfera celeste. È una delle scienze più antiche e molte civiltà arcaiche in tutto il mondo hanno studiato in modo più o meno sistematico il cielo e gli eventi astronomici: egizi e greci nell'area mediterranea, babilonesi, indiani e cinesi nell'Oriente, fino ai maya e agli incas nelle Americhe. Questi antichi studi astronomici erano orientati verso lo studio delle posizioni degli astri (astrometria), la periodicità degli eventi e la cosmologia e quindi, in particolare per questo ultimo aspetto, l'astronomia antica è quasi sempre fortemente collegata con aspetti religiosi. Oggi, invece, la ricerca astronomica moderna è praticamente sinonimo di astrofisica. L'astronomia non va confusa con l'astrologia, una pseudoscienza che sostiene che i moti apparenti del Sole e dei pianeti nello zodiaco influenzino in qualche modo gli eventi umani, personali e collettivi. Anche se le due discipline hanno un'origine comune, esse sono totalmente differenti: gli astronomi hanno abbracciato il metodo scientifico sin dai tempi di Galileo, a differenza degli astrologi. L'astronomia è una delle poche scienze in cui il lavoro di ricerca del dilettante e dell'amatore (l'astrofilo) può giocare un ruolo rilevante, fornendo dati sulle stelle variabili o scoprendo comete, nove, supernove, asteroidi o altri oggetti.

L'astronautica (o cosmonautica) è la teoria e la pratica della navigazione al di fuori dell'atmosfera terrestre tramite l'impiego di veicoli spaziali, sia automatizzati che provvisti di equipaggio. Può anche essere definita come la scienza che si occupa della tecnologia dei viaggi spaziali, compresa all'interno dell'ingegneria aerospaziale; si contrappone al termine aeronautica, che si occupa invece dei viaggi all'interno dell'atmosfera. Il termine astronautica (originario dal francese astronautique) è stato coniato durante gli anni '20 del XX secolo da J. H. Rosny, presidente dell'Accademia Goncourt, in analogia con il termine aeronautica. Nel 1930 Robert Esnault-Pelterie pubblicò il primo libro riguardo questo nuovo campo di ricerca. Il termine cosmonautica (dal francese cosmonautique) è stato invece introdotto successivamente, negli anni '30, da Ary Sternfeld nel suo libro "Initiation à la Cosmonautique" (Introduzione alla Cosmonautica), che nel 1934 gli fece vincere il Premio REP-Hirsch, più tardi conosciuto conosciuto come Premio d'Astronautica, della Società Francese di Astronomia.Come in aeronautica, le limitazioni poste dal peso, dal calore e dalle forze esterne fanno sì che qualsiasi veicolo spaziale debba sopravvivere a condizioni estreme e ad ambienti molto diversi da quello terrestre: alti gradi di vuoto, il bombardamento di radiazioni cosmiche nei viaggi interplanetari, le fasce magnetiche presenti intorno la Terra in orbita bassa, variazioni estreme e repentine di temperatura, ecc.