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Inicialmente inserido nas dependências da Escola Militar do Rio de Janeiro e, posteriormente, no Morro do Castelo, o Observatório Nacional foi transferido para o morro de São Januário, em São Cristóvão, na década de 1920, quase cem anos depois de sua fundação e após a insistência de diretores como Luiz Cruls e Henrique Morize. Muitos anos mais tarde, na década de 1980, o campus passaria por um processo conhecido como tombamento, no qual é inserido em uma lista de patrimônios públicos que devem ser preservados por seu reconhecido valor histórico e cultural.

Esse processo teve início com o Grupo Memória da Astronomia, formado nas dependências do Observatório Nacional por astrônomos como Ronaldo Mourão. Em 1982, o grupo organizou a mesa redonda "Preservação da cultura científica nacional", da qual participaram destacados cientistas nacionais, como Carlos Chagas Filho, Crodowaldo Pavan, José Leite Lopes, Mário Schenberg, Maurício Peixoto, Shozo Motoyama, Simão Mathias, Lício da Silva, Luiz Muniz Barreto, George Zarur e a museóloga Fernanda de Camargo-Moro. As discussões sobre a preservação da memória da ciência e da tecnologia brasileiras, que incluíam sugestões como a organização de grupos de pesquisa e a criação de um museu, culminou com a redação de uma carta ao presidente do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, Lynaldo Cavalcanti, na qual destaca-se a sugestão do tombamento do campus, da biblioteca e dos instrumentos científicos.

Em 1983, o processo de tombamento na esfera estadual foi iniciado pelo Instituto Estadual do Patrimônio Cultural (INEPAC), que tombou provisoriamente o edifício sede que abrigou a administração do Observatório Nacional. O prédio de três andares, de arquitetura eclética, foi projetado por Mário de Souza com inspiração na arquitetura de observatórios francesa, e inclui ornamentos em estuque e gesso, escadarias em mármore, colunas gregas e vitrais decorativos, um deles com a imagem da musa da Astronomia na mitologia grega, Urânia. No ano seguinte, o tombamento foi anunciado no Boletim da Secretaria do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional (SPHAN)/Fundação Nacional Pró-Memória, que destacava como o processo de tombamento não afetaria as atividades científicas realizadas pela instituição.

Enquanto o processo de tombamento estadual estava em trâmite, pois seria transformado em definitivo apenas em 1987 com a conclusão do processo E-03/31.273, teve início o tombamento na esfera federal pelo atual Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional (IPHAN). O processo, finalizado em 1986, foi registrado no Livro do Tombo Arqueológico, Etnográfico e Paisagístico número 95 com o número 1009-T-1979 e garante a proteção de todo o conjunto arquitetônico e paisagístico do campus, incluindo dezesseis edificações de valor histórico e científico, como as cúpulas utilizadas para observação e a antiga residência do diretor, as lunetas, bem como a densa área arborizada inserida nos quase 44 mil metros quadrados de espaço localizado na Rua General Bruce, 586.

Hoje, além da proteção do tombamento nas esferas estadual e federal, o patrimônio arquitetônico do campus de São Cristóvão fica sob a guarda do Museu de Astronomia e Ciências Afins (MAST), sendo considerados parte do acervo do museu, fundado em 1985. Como parte de suas atividades, o MAST abre suas portas para que o público possa visitar o espaço, entrar nos prédios históricos e conhecer o patrimônio histórico, cultural e científico sob sua guarda.