Baseado no livro Spaceman of Bohemia, de Jaroslav Kalfar, e dirigido por Johan Renck, O Astronauta é uma odisseia intergaláctica de amor, ambição e autodescoberta. O astronauta Jakub Procházka (Adam Sandler) aceita embarcar em uma missão solitária nos confins do sistema solar. E sob o solo de Júpiter, ele sente falta de sua esposa grávida, Lenka (Carey Mulligan), que está na Terra, a milhões de quilômetros de distância. No entanto, desiludida com a distância do marido, e frustrada por ele sempre escolher missões longas, em vez da vida ao lado da família, Lenka decide se separar. Enquanto isso, Jakub é visitado por Hanus, um alienígena parecido com uma aranha (Paul Dano), que invade a espaçonave, e, mesmo inicialmente assustado, o astronauta e o alienígena começam a se comunicar e desenvolver uma amizade improvável. Após Jakub perceber que seu casamento com Lenka pode não estar intacto quando retornar à Terra, é este novo amigo alienígena quem ajudará o solitário Jakub a entender o que há de errado em sua vida, antes que seja tarde demais.
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O mundo está intrigado com um estranho fenômeno no céu, mas bancar uma viagem espacial parece arriscado demais. A República Tcheca, porém, aceita o desafio e designa o professor de astrofísica Jakub Procházka para a missão, talvez o único capaz de realizar uma tarefa tão perigosa. Uma vez no espaço, ele deverá coletar a misteriosa poeira cósmica que surgiu entre Vênus e a Terra. O astronauta torna-se, então, uma celebridade, mas nem tudo acontece como ele imaginara. Quando passa a se sentir insuportavelmente solitário, Jakub faz uma amizade inusitada com uma aranha alienígena. Alucinação ou realidade, os dois se entregam a conversas profundas sobre temas diversos, desde a maravilha do bacon até a natureza do amor, da vida e da morte. Entre ficção e realidade, Kalfař esmiúça o passado de Procházka e a história política da República Tcheca, tornando o leitor testemunha não só de uma intrépida viagem interplanetária, mas da busca de reconciliação do personagem consigo mesmo e com sua nação.