Las principales instalaciones de observación se encuentran en el Observatorio Astronómico Nacional en la Sierra San Pedro Mártir (OAN-SPM) en Baja California, México, que ha experimentado una expansión sustancial en su infraestructura en la última década. Tres telescopios ópticos (84 cm, 1.5 m y 2.1 m) fueron instalados en la década de 1970. En 2015, el telescopio BOOTES-5 comenzó sus operaciones (colaboración entre México, España y Corea del Sur), junto con los proyectos COATLI y DDOTI (ambos de México y EE. UU.) y SAINT-EX (Suiza, México, Reino Unido, Bélgica) en los años siguientes. El proyecto TAOS-II, con sus tres telescopios y cámaras, está en fase de puesta en marcha (Taiwán, México, EE. UU., Canadá). Y el proyecto COLIBRÍ (México, Francia) se encuentra en construcción.
El Instituto de Astronomía cuenta con grupos de instrumentación sólidos, tanto en su sede en la Ciudad de México como en Ensenada. Además del mantenimiento y actualización de instrumentos existentes, se han desarrollado recientemente varios más, como OPTICAM (fotometría de alta cadencia), POLIMA y POLIMA 2 (polarimetría), PUMA (interferómetro Fabry-Perot) y FRIDA (óptica adaptativa para el GTC), internamente. También contamos con ESOPO.
El instituto ha reforzado sus capacidades en ciencia de datos en relación con el rápido crecimiento de proyectos intensivos en datos en SPM (centro de datos en Ensenada) y otras investigaciones realizadas por su personal (centro de HPC en la sede de la Ciudad de México y grupos de investigación en IA y visualización de datos).
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