南京大学天文与空间科学学院研究机构天文系设有为教学科研服务的三个实验室，两个研究中心和一个基金会
“中心实验室”为天文本科教学服务；“现代天文与天体物理教育部重点实验室”支持教师和研究生的科研工作；“太阳塔实验室”为太阳物理研究提供实测基地；“华东天文和天体物理中心”和“南京大学非线性科学中心”是挂靠在天文系的多单位，多学科合作研究机构；天文系设有以已故系主任，著名天文学家和教育家戴文赛教授命名的“戴文赛基金会”，向校友和社会各界募捐，基金用于支持和奖励修读天文专业的研究生和本科生
南京大学深空探测实验室南京大学深空探测实验室是为适应中国深空探测事业的发展，充分发挥南京大学在太阳物理、月球与行星科学、空间环境科学、天体力学和天体测量学、天文导航与控制技术、电子科学、遥感科学、计算机科学等多学科优势而建立的一个集科学研究和载荷开发一体的实验室
实验室为我国深空探测工程提供科学目标研究、科学有效载荷设计和研发、探测器飞行程序设计、探测数据采集、及后期科学研究
实验室研发队伍包括中科院院士2名，青年学科带头人6名，以及一批教授、副教授、工程师等，还包括朱仁璋、顾行发、王鸿芳、周健华、刘杰、王家松、徐波教授等一批南京大学兼职教授（可指导研究生）
目前实验室主要从事研究方向有火星探测科学任务设计及火星地质科学、卫星与星座自主导航、空间和行星遥感卫星设计及载荷研发、月球探测及探测器空间交会技术
深空探测实验室是教育部深空探测联合中心“火星探测预研分中心”、“行星地质与空间环境分中心”的承担部门
实验室集南京大学空间科学领域相关院校的研究力量，尤其借助南京大学空间科学与技术研究学院的研究平台，包括正在建设的卫星数据处理应用系统、对地观测技术工程中心、小卫星模拟仿真设计中心等
南京大学高性能计算中心拥有计算能力处高校前列的计算机群系统
地球科学与工程学院国家重点实验室拥有多台高精端的地质样品分析测试实验设备，如电子显微镜、X-光衍射仪、高光谱分辨仪等，地理与海洋科学学院和地球系统科学研究所拥有高性能的从紫外到红外的室内/野外光谱仪，并正引进航空/地面两用的成像光谱仪
此外，南京大学与中国电子科技集团公司第十四研究所有长期合作协议
华东天文与天体物理中心根据教育部“面向二十一世纪教育振兴行动计划”以及和中国科学院“知识创新工程”的精神和要求，南京大学、中国科学院紫金山天文台、中国科学院上海天文台和中国科技大学经过长期酝酿，考虑到各自在研究力量、人才培养、观测仪器及实验室设备上的优势，于1999年联合建立以青年天文学家为主体的华东天文与天体物理中心，以探索和形成重点高校与科学院联合培养高层次天文研究人才的新模式，加强科学院与高校之间的实质性合作研究，促进二十一世纪我国天文与天体物理学研究的创新与突破
华东天文与天体物理中心设在南京，在紫金山天文台和南京大学天文系分别挂牌，成员主要由45岁以下的青年天文和天体物理学家组成，目前主任为严俊（紫金山天文台）和李向东（南京大学）
主要研究方向包括：高能天体物理、太阳活动区物理、恒星形成和早期演化、星系结构和活动星系核、变星的观测和理论、太阳系天体和人造天体动力学、高精度天文参考系的建立和维持
华东天文与天体物理中心自成立以来，在人才培养、科研合作和学术交流等方面取得了重要进展
现代天文与天体物理教育部重点实验室2006年经教育部批准，南京大学在“天文资料分析和计算物理国家专业实验室”的基础上筹建“现代天文与天体物理教育部重点实验室”，以充分发挥天文系原有的学科优势，推动天体物理、天体测量和天体力学学科的交叉、渗透和发展，逐步形成强有力的学术团队，取得科学研究的重要突破和进展，同时为国民经济和国防建设服务
此外，建设开放的“现代天文与天体物理教育部重点实验室”将进一步加强南京大学与兄弟院校及科研机构的共享、合作和交流，为探索高校与科学院联合培养人才和科研合作提供平台
“现代天文与天体物理教育部重点实验室”依托南京大学天文系天体物理、天体测量与天体力学两个国家重点学科， 包括原“天文资料分析和计算物理国家专业实验室”、 太阳塔实验室和“天文基础科学研究与教学人才培养基地”
目前有科研人员约25人，其中中国科学院院士4人、教授16人，副教授7人，获得博士学位的青年学者14人，其中包括国家杰出青年科学基金获得者5人，教育部新（跨）世纪优秀人才4人
以年青教师为主体的团队在2002年获得国家自然科学基金创新研究群体项目资助
近五年来实验室承担了包括国家重点基础研究规划（973）项目、国家自然科学基金创新研究群体项目、国家杰出青年科学基金项目、重点项目、面上项目等多项科研任务
科研基金约1200万元
在太阳活动的观测和研究、超新星爆发的产物、γ射线暴能源机制及其余辉、行星系统动力学等研究方向取得重要成果，在国内外主要学术刊物和国际学术会议上发表论文280余篇，获得教育部提名国家科学技术奖自然科学一等奖2项
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