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天文台的前身是建成于1931年夏的国立清华大学气象台。为了提供最好的研究条件，办出一流的气象学，学校投资三万三千余元修建了此气象台，并按照国际标准条例配置仪器、设备。当时在华北地区，清华大学气象系的资料是最完整、最准确、最全面、最可靠的，北京、天津、太原等地的营造建设单位常到清华气象系收集资料，咨询问题。遗憾的是，到了1952年，随着清华的院系调整，气象系被并入北京大学。由于长时间的无人照看、维修，气象台越来越破旧。直到1997年，清华大学才改变了"无法无天"（法律和天文）的状况，随着天体物理学科的逐步建成，气象台也更名为天文台。新天文台的外观设计是由建筑系的关肇邺院士组织，为使其显得更加雄伟壮观，在天文圆顶下面、原气象台的基础上增加了一层。几年来，从这座白色八角形的塔中走出了哈佛、MIT等美国超一流大学的博士生及博士后十几名，短短的几年间，清华天体物理在评估中胜过了许多天文学研究历史悠久的学校，名列前茅。天文台的建筑也被注入了水晶的纪念碑，向世人昭示"清华速度"。
在过去激荡的百年中，清华的命运与祖国的命运紧紧相连，而这座曾经的气象台也在白昼交替、春去秋回中见证了清华的发展、困阻、屈辱以及振兴。它如同一个白色的巨人，坚挺地站在那里，历经沧海桑田，斗转星移，沉默、坚忍，又充满了耐人回味的故事。从姓"气"到姓"天"的改变，体现的不仅是一个或几个学科走过的道路，更体现了清华人的"气"魄，与他们对人定胜"天"的信仰。