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L'astronomie d'observation ou astronomie observationnelle est la partie « pratique » de l'astronomie, basée sur des observations astronomiques. Elle est à l'origine du processus de création et de validation des théories astrophysiques. Elle peut soit confirmer des calculs et modèles déjà établis, soit révéler des phénomènes inconnus, que les théoriciens s'efforcent d'expliquer.