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一进天文馆入口，首见东汉天文学家张衡的塑像，其上方挑高的空间，由九大行星模型构成，主题明显，气势恢宏。设于顶楼的天文观测室，架有两台超高倍数且具电脑自动搜寻系统的天文望远镜，民众可在此观测太阳黑子、各种星球，大大拉近人与宇宙的距离，培养对天体的兴趣。耗资三亿多的天文科学
展示场，在三层展示空间中，又划分出182个单位，依内容分为一楼的古代天文学区、地球区、太空科技区，二楼则是天体与星座区、太阳系区、彩虹通道等，三楼规划有恒星区、星系区、宇宙区；其中以宇宙区的“宇宙通道”最具特色，是观察星象的绝佳模拟场所，置身其中，有如坠入浩瀚无垠的星海，令人惊叹宇宙的奥妙与美丽。宇宙剧场、立体剧场每日定时播放天文、科学类影片，前者拥有内径25公尺、弧度180度的圆覆式大萤幕，配合立体音响，令人产生强烈的视觉震撼；后者则是立体电影院，观众戴上特殊眼镜，就如临三度空间，片中景物彷佛触手可及，予人充分临场感。除了静态展示，馆内尚有许多可供民众动手操作的模拟星球、天体观测仪等，兼具娱乐与教育功能，是亲子同游、学习的好去处。
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