L'Observatoire n'est pas seulement multiple par ses implantations, il l'est aussi par les domaines d'étude qui y sont développés. Théoriciens, observateurs et instrumentalistes y utilisent des outils mathématiques, physiques et chimiques, des simulations numériques et des expériences de laboratoire pour développer des recherches qui recouvrent presque tous les champs de l'astronomie et de l'astrophysique.
 

 
L'astronomie a joué un rôle certain dans l'histoire de l'humanité. Qu'aurait été le développement économique sans la navigation hauturière qui a permis le repérage des étoiles ? Et le développement des idées ne doit-il pas beaucoup à la remise en cause de la Terre comme centre de l'Univers, qui a largement contribué à fissurer l'immuabilité de nombreux dogmes ?

Mais la science évolue et la société se complexifie, et les rapports entre ces deux entités changent au cours de l'histoire. De nos jours ces rapports se sont déplacés et étoffés. L'univers est devenu un vrai laboratoire qui non seulement sert à tester des lois physiques autrement invérifiables, mais aussi permet d'en découvrir de nouvelles. Sur le plan technologique, les astronomes sont utilisateurs de techniques issues d'autres domaines et à ce titre ont leur place dans le tissu économique. Mais ils contribuent aussi, du fait de leurs exigences propres, à développer des techniques qui à leur tour serviront ailleurs. Sur le moyen terme, l'astronomie n'est pas seulement une science "pure" : elle prépare l'avenir dans la mesure où elle mène une reconnaissance du terrain de l'inéluctable conquête du système solaire (au 21ème siècle ? ). Sur un plan plus pratique, elle contribue à la connaissance des facteurs astronomiques d'évolution du climat et à la surveillance encore balbutiante d'éventuels dangers d'origine cosmique.

Mais la justification de l'astronomie ne se trouve-t'elle pas ailleurs  ? En découvrant des variétés de phénomènes toujours nouveaux, celle-ci nourrit sans cesse l'imaginaire des humains. Comme le faisaient déjà les savants grecs d'il y a deux millénaires, les hommes modernes essaient à travers l'astronomie de comprendre le fonctionnement de l'univers, et de trouver leur place dans l'ordre du monde.
 

 
Les activités humaines quotidiennes, les développements technologiques, la recherche scientifique utilisent des références de temps pour dater les évènements ainsi que des mesures d'intervalles de temps ou de fréquence. Le champ d'application technique des références de temps et de fréquence comprend la navigation, la géodésie, les télécommunications, l'utilisation de l'espace.

 
Le Laboratoire Primaire du Temps et des Fréquences (LPTF) de l'Observatoire de Paris, lié au Bureau National de Métrologie, établit les références nationales de temps et de fréquence en conformité avec les recommandations internationales, et les diffuse aux utilisateurs civils et militaires.

 
Le temps légal diffusé par l'horloge parlante est livré à la Société France Télécom par ligne teléphonique directe (200 000 appels par jour).

 
L'horloge maîtresse du LPTF permet de recaler les horloges à césium situées dans différents autres laboratoires (CNES, CELAR, Aérospatiale, CNET, Electronique Serge Dassault, Hewlett-Packard SERCEL) qui participent à l'élaboration du Temps Atomique Français TA(F). Il fournit également les référence de fréquence et de temps pour divers centres d'essais militaires.
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Nano = un milliardième

Le Service International de la Rotation de la Terre (IERS) a été créé en 1988 par l'Union Astronomique Internationale et l'Union Géodésique et Géophysique Internationale. La responsabilité de son bureau central a été confié à l'Observatoire de Paris. Ce service mesure en permanence les irrégularités de la rotation terrestre. Il décide de l'introduction de secondes intercalaires dans l'échelle de temps universel (UTC). De plus, il est chargé de la réalisation du système de référence extragalactique, lié aux quasars. Il est aussi associé à l'Institut Géographique National (IGN) qui réalise le système de référence terrestre international. Les résultats du service sont distribués à 800 utilisateurs de 65 pays.

 
Depuis 1988, des observations systématiques de pulsars sont effectuées au radiotélescope de Nançay. Un pulsar est une étoile à neutrons qui envoie régulièrement des impulsions détectables en ondes radio. Les pulsars observés à Nançay ont des périodes de l'ordre de la milliseconde et leur stabilité est telle que l'on peut mesurer les temps d'arrivée des impulsions avec une précision meilleure que 0,3 micro-seconde.

Ceci correspond à une stabilité relative de "l'horloge" pulsar de 2,6 nanosecondes sur 100 jours. Mais, pour des durées plus longues, la stabilité se dégrade. Cela n'est pas dû au pulsar lui même, mais à la stabilité de l'échelle de temps atomique de référence qui est basée sur des horloges à vapeur de césium. Il semblerait donc possible de construire et de maintenir, grâce à la chronométrie des pulsars, une échelle de temps meilleure que celle utilisée aujourd'hui.

Les repères spatiaux constituent une autre application de ces observations. La chronométrie d'un pulsar permet de mesurer sa position dans le ciel à la fois dans un repère lié à notre système solaire, et dans un repère lié aux radiosources extragalactiques. Il est ainsi possible de raccorder les deux systèmes de référence avec une grande précision.

 
La connaissance du soleil est certes très enrichissante. Mais en plus, la surveillance solaire est indispensable, car l'activité de notre étoile a des répercussions importantes sur les télécommunications radio et les expériences spatiales.

 
Les services de surveillance de l'activité solaire peuvent être classés selon deux catégories :

 
- les activités d'observation systématique du Soleil (DASOP). Les moyens utilisés sont divers : spectrohéliogrammes, observations sur alerte dans la raie rouge de l'hydrogène Ha, évaluation du flux global à plusieurs fréquences radio, réseau à 9 400 MHz et cartes journalières des données obtenues au radiohéliographe de Nançay;

 
- les activités fournissant des données synthétiques à la communauté internationale : centre de données et de prévision, centre mondial pour les éruptions, cartes synoptiques de la chromosphère, catalogue des filaments et des centres actifs, cartes journalières des centres d'orages électriques dans la couronne.