La cathédrale de Cologne — Kölner Dom — s'élève à 157 mètres au-dessus du parvis de la gare, ses deux flèches étant visibles quinze minutes avant l'arrivée. Sa construction débuta en 1248, fut interrompue en 1473 avec une tour sud inachevée, puis reprit en 1842 sous le patronage royal prussien ; la dernière pierre fut posée en 1880, en faisant la plus haute structure au monde jusqu'à ce que le Washington Monument ne la dépasse quatre ans plus tard.
L'intérieur de la cathédrale abrite la châsse des Rois mages, un reliquaire du XIIe siècle commandé par Nicolas de Verdun et recouvert de cuivre doré, renfermant ce que les pèlerins médiévaux croyaient être les restes des Mages. Les stalles du chœur, sculptées entre 1308 et 1311, présentent 104 sièges en chêne sous des dais à remplages. Les vitraux bavarois — un cycle de verre du XIXe siècle installé lors de la campagne d'achèvement — inondent la claire-voie d'une lumière saphir et rubis. La tour sud est ouverte aux grimpeurs ; 533 marches en pierre serpentent vers le haut à travers la chambre des cloches jusqu'à une plateforme située à 97 mètres au-dessus du Rhin, où la Petersglocke — coulée en 1923 et pesant 24 000 kilogrammes — reste silencieuse, sauf les jours de fête.
Au-delà de la cathédrale, l'Altstadt s'étend le long de la promenade du Rhin. L'église romane de Groß St. Martin ancre le quartier, sa tour de croisée étant un point de repère depuis 1172. Le pont Hohenzollern supporte le trafic ferroviaire au-dessus du fleuve ; sa passerelle piétonne est incrustée de cadenas d'amour, une tradition post-millénaire qui a ajouté environ deux tonnes d'acier à la structure. Le musée romano-germanique, construit sur la mosaïque de Dionysos découverte lors de fouilles en temps de guerre en 1941, préserve des tesselles du IIIe siècle in situ sous son hall d'entrée. Le plan des rues médiévales de Cologne a survécu en fragments aux bombardements alliés ; les secteurs reconstruits de Fischmarkt et Heumarkt rappellent la géographie commerciale de l'époque hanséatique.
Une excursion d'une journée en train d'Amsterdam à Cologne est organisée toute l'année, avec des départs du début de matinée jusqu'en milieu d'après-midi. Les trains de retour circulent jusqu'au soir, permettant de passer six à huit heures dans la ville. Les billets pour la cathédrale avec entrée programmée permettent de réguler le flux de visiteurs durant les mois de forte affluence ; la réservation à l'avance garantit l'accès au trésor et à l'ascension de la tour sans faire la queue à l'entrée du Domkloster.
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