C

$A$、研究将废旧塑料变成汽车燃料，是资源的综合利用，属于化学研究范围，故$A$错；
$B$、开发高效低毒农药，属于研究、制取新物质，属于化学研究的范畴，故$B$错；
$C$、用射电望远镜观测天体运动，属于天文学领域研究的内容，不属于化学研究的范畴，故$C$正确；
$D$、研制治疗癌症的新药，属于研究、制取新物质，属于化学研究的范畴，故$D$错。
故选：$C$。