Le désert d'Atacama détient 30 pour cent de l'infrastructure astronomique terrestre mondiale, non par hasard, mais grâce à la physique atmosphérique.
À 2 400 mètres d'altitude, la région reçoit moins de 10 millimètres de précipitations annuelles, produisant 330 nuits sans nuages par an et une transparence atmosphérique inégalée ailleurs sur Terre. L'Observatoire européen austral a sélectionné Cerro Paranal en 1990 pour son réseau de très grands télescopes (VLT) — quatre réflecteurs de 8,2 mètres qui scannent les longueurs d'onde de l'ultraviolet à l'infrarouge moyen, chaque dôme pesant 430 tonnes tout en tournant sur un film d'huile de 50 microns.
L'Observatoire de Paranal opère à la frontière de la cosmologie observationnelle. Depuis sa première lumière en 1998, ses instruments ont capturé la mécanique orbitale des étoiles entourant le trou noir central de la Voie lactée, cartographié les atmosphères d'exoplanètes et mesuré l'expansion accélérée de l'univers — un travail qui a valu le prix Nobel de physique 2011. Le réseau ALMA, situé à 50 kilomètres au sud-est à 5 000 mètres d'altitude, complète Paranal avec 66 antennes radio qui imagent les régions de formation d'étoiles cachées par la poussière interstellaire. Ensemble, ces installations génèrent 40 pour cent des articles d'astronomie évalués par des pairs dans le monde.
Au-delà de la recherche institutionnelle, les conditions astronomiques de l'Atacama ont créé un second écosystème : des opérations commerciales d'observation des étoiles qui déploient des télescopes portables à travers le salar d'Atacama et les vallées environnantes. Contrairement aux spectacles de planétarium urbains, ces visites des télescopes du désert d'Atacama positionnent les visiteurs sous un ciel nocturne brut et non filtré où les Nuages de Magellan couvrent 20 degrés de l'horizon et la Voie lactée andine projette des ombres visibles. Les voyagistes utilisent des montures informatisées et des réfracteurs à grand champ pour suivre les anneaux de Saturne, résoudre le trapèze central de la nébuleuse d'Orion et cadrer les nuages d'hydrogène ionisé de la nébuleuse de la Carène — des structures célestes invisibles depuis les latitudes au nord de 30 degrés.
L'avantage astronomique du désert provient de la position de l'Atacama sous le courant-jet subtropical et en amont de l'anticyclone du Pacifique, qui bloque les masses d'air chargées d'humidité tout au long de l'année. Cette stabilité climatique fait de la région un laboratoire naturel pour tester les instruments de nouvelle génération : le futur télescope extrêmement grand (ELT), en construction à 20 kilomètres de Paranal, déploiera un miroir segmenté de 39 mètres capable d'imager directement des planètes de la taille de la Terre dans les zones habitables autour d'étoiles proches lorsqu'il recevra sa première lumière en 2027.
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