松江佘山境内耸立着多幢历史文化建筑，佘山天文台即坐落在风景秀丽的西佘山峰顶，与佘山圣母大殿只有一墙之隔。
十九世纪末，清光绪24年，耶稣会神甫蔡尚质筹资10万法郎，在法国巴黎为徐家汇天文观象台购置一架口径40厘米、焦距7米的双筒折射天文望远镜，同时还购置了铁制穹顶。因当地地质要求未能达标，遂重新选址于西佘山山顶，佘山天文观测台就此应运而生。它作为我国近现代主要天文史迹以及代表性建筑而蜚声中外，也是我国天文研究的主要发源地之一。1962年，佘山天文台与徐家汇观象台合并建立中科院上海天文台，2002年入选上海市文物保护单位，2013年入选第七批国家重点文物保护单位。
佘山天文台的镇台之宝是一架40厘米口径的双筒折射天文望远镜，1898年购置于法国巴黎的高缇埃光学厂，1900年安装在可以开合的铁质穹庐顶建筑内，是我国最早的大型天文望远镜。该天文台还建有天文资料馆，内存大量早期的天文底片，为我国近现代天文研究积累了许多珍贵的资料，并取得了多项天文科研成果，其望远镜被称为“远东第一镜”。
1950年12月，佘山天文观测台隶属于中科院紫金山天文台，1962年改称为中科院上海天文台佘山观测站（俗称佘山天文台），从事地磁、地震、授时、人造卫星跟踪与观测等科研活动。
上世纪90年代，随着一批先进的天文研究设备逐步投入使用，具有百年历史的40厘米双筒折射天文望远镜退出了天文科研一线。如今，佘山天文台以“上海天文博物馆”的形式向市民开放。其中，“聚焦望远镜”展区介绍了这架天文望远镜诞生以来引领我国天文学发展所作的贡献；“时间与人类”展区揭示了时间的基本概念，时间测量的发展史以及与人类生活的密切关联。除此之外，还建有“星空之旅”互动式球幕影视厅。人们在漫游神奇的宇宙世界的同时，可用互动触摸的方式去探索宇宙的奥秘。此外，天文博物馆还建有“太阳观测中心”和“大众天文台”，配置了一架直径为35厘米的天文望远镜。
上世纪80年代中叶，在佘山天文台西侧又新建一座天文台，台内安装了两架直径为156厘米的光学折射望远镜，其作用根据太阳影线测定白天的时辰以及四季变化，跟踪哈雷彗星的运行轨迹。
与佘山毗邻的天马山脚下，2012年又建起了一座天文观测台，成为亚洲第一、世界第三的天文研究中心。这座天文台高约70米，内设65米口径的天文望远镜，是新一代探索宇宙奥秘的“火眼金睛”和“大耳朵”。与这架望远镜紧密联系的终端计算机屏幕上，源源不断地传送来自遥远太空的信息。“大耳朵”时刻倾听捕捉广袤宇宙的声音，它所接收到的原始信号，须经过天文学家和专业人士分析研判，方能获得一幅幅人们看得懂的星空美图。
“大耳朵”还有一个十分重要的功能：观控“嫦娥”飞船和天宫空间站，承担测轨、定轨、“修正航向”等重要任务，为我国的登月工程保驾护航。它同时还担当探索宇宙黑洞的奥秘，是现代天文研究的“国宝”。
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