上海天文馆自2021年7月正式向公众开放，是目前全球规模最大的天文馆，共设有6个常设展区，分别为「家园」「宇宙」「征程」「中华问天」「航向火星」「好奇星球」。
「家园」展区通过宏大的场景设计营造星空氛围，将展出多件巨大3D星球模型，解答有关太阳系和银河系的奥秘。参观者可以在「飞越银河系」剧场欣赏太空场景，感受银河系的神秘奇观；也可以在天象厅观看由一台高精度光学天象仪投射出的模拟星空，近距离观察璀璨星辰。
「宇宙」展区分为「时空」「引力」「光」「元素」「生命」5部分，从不同视角展现宇宙的运行规律。展区中的「假如剧场」由多层异型幕组建，生动演绎宇宙起源的故事；参观者还可以在「奇异时空」展项中与26岁的爱因斯坦合影。
「征程」展区全景式展现人类探索宇宙奥秘的漫漫征途，更多地依托科学故事和对未来的畅想，激发参观者对科学探索方法和精神的了解，以及更深层次的文化思考。该展区设置两组「VR月球漫步」体验装置，参观者可以从宇航员的视角观察月球地表环境，模拟月球漫步的真实感受。
「中华问天」展区以中华天文为主题，将展出东方思维下独特的天学体系，以及有序传承、持续提升的复杂历法体系。其中「观象授时」主题区将介绍中国古人对于宇宙的理解和哲学思维，展现中国人观天测时所使用的科学仪器和取得的成就。「西学东渐」主题区则介绍中国天文学从古代模式逐步走向近代天文学的历程。
「航向火星」展区是一个互动体验区，应用最新的虚拟现实技术，模拟真实的太空漫步和行星探索。「好奇星球」展区专为儿童设置，带领小朋友们前往系外行星探险。
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