人类对宇宙的认识是一个不断探索研究和发展的过程，从“天圆地方说”到“地心说”，再到“日心说”。直到17世纪，牛顿的万有引力定律，奠定，经典的宇宙学基础。以上这些宇宙观基奉上只是局限于太阳系范围，还称不上宇宙结构。随着近代科学的进步，人类对宇宙的认识有了转变。20世纪初德国物理学家爱因斯坦发表了，“广义相对论”，并率先运用这一理论考察了宇宙整体的运动特征和可能的演变方式，从理论上开创了现代宇宙学。
古代人对宇宙的认识
公元前7世纪，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖大地为盒底的大盒子大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象身上而象则站在巨大的龟背上公元前7世纪末古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的巨大圆盘。上面笼罩着拱形的天穹。
地心说
公元2世纪，古希腊天文学家托勒密在总结前人对宇宙认识的基础上提出“地球中心说”的宇宙模式。这学说认为地球在宇宙的中央安然不动月亮太阳和诸行星以及最外层的恒星都在以不同的速度绕着地球旋转，为了说明行星运动的不均匀性，他还认为行星在本轮上绕其中心转动，而本轮中心则沿均轮绕地球转动地心说曾在欧洲流传了100O多年。
日心说
1543年哥白尼在他出版的不朽名着《天体运行论》中系统地提出了“日心说”在他的日心体系中太阳居于宇宙的中心静止不动包括地球在内的所有行星都围绕太阳转动，它们离太阳由近及远的排列次序为水星、金星、地球、火星、木星、土星（当时还没有发现天王星、海王星），而月亮则绕地球转动。恒星在离开太阳很远很远的一个圆球面上静止不动。
万有引力的发现
1687年牛顿通过苹果落地得到启示而提出了万有引力定律和牛顿三大定律，深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因，使日心说有了牢固的力学基础牛顿创立了天体力学使人们在这以后可以以力学万法研究宇宙学。
广义相对论三大语言
由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论，很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒。广义相对论的第二大预言是引力红移，即在强引力场中光谱向红端移动，广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转最靠近地球的大引力场是太阳引力场，爱因斯坦预言遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生1．7妙的偏转。这一预言后来被英国天文学家爱丁顿的实验研究所证。
爱因斯坦
爱因斯坦（1879～1950），举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人，爱因斯坦创立了相对论宇宙学，建立了静态有限无边的自洽的动力宇宙模型并引进了宇宙学原理，弯曲空间等新概念大大推动了现代天文学的发展。
宇宙的起源
宇宙，是所有天体共同的家园。但宇宙是什么时候、如何形成的？千百年来，一直是人类探讨的话题，并随着人类文明的进步和科学技术的发展而逐步加深。20世纪初期，人们开始科学地探讨宇宙的起源，科学家提出了“宇宙大爆炸理论”。今日之宇宙是在人约150亿年前发生的一次无比壮观的火爆炸中形成的。
宇宙模型
20世纪以来有两种“宇宙模型”比较有影响。是稳态理论它认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是不随时间变化的是稳恒不变的不仅在空间上是均匀的，各向同性的而且在时间上也是稳定的。另一类叫演化态模型它认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是随时间在变化的。1917年爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了个静态有限无界的宇宙模型奠定了现代宇宙学的基础。但在众多的宇宙模型中，目前影响较大的是热大爆炸宇宙学说。
乔治·伽莫夫
乔治伽莫夫（1904～1968）美籍俄裔物理学家、天文学家、科普作家热大爆炸宇宙学模型的创立者，它在1948年提出宇宙大爆炸理论。这理论认为，宇宙开始是个高温致密的火球，它不断地向各个万向迅速膨胀。当温度和密度降低到一定程度这个火球就会发生剧烈的核聚变反应。随着温度和密度的降低宇宙早期存在的微粒在引力作用下不断聚集最后逐渐形成今天宇宙中的各种天体。
在爆炸发生之前，宇宙内的物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高密度极大之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出去宇宙空间不断膨胀温度也相应下降后来相继出现在宇宙中的所有星系，恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。
证据的支持
20世纪20年代后期，爱德温·哈勃发现了红移现象，说明宇宙正在膨胀。60年代中期阿尔诺彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了“宇宙微波背景辐射”。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。另一重要证据是空气中氢气和氮气的比例。最新的科学测算表明，当前宇宙中氢和氮的比例与大爆炸残余物中的氢氮比例相差不多，假如宇宙没有开端，是永恒存在的，那么宇宙中的氢早就该被消耗殆尽全部转化为氮了。现在，大爆炸理论广泛地为人们所接受。
哈勃定律
1929年，哈勃发现了星系红移与它的距离成正比，建立了着名的哈勃定律。这一定律揭示宇宙是在不断膨胀的。这种膨胀是一和全空间的均匀膨胀。因此，在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀，从任何一个星系来看，一切星系都以它为中心向四面散开，越远的星系间彼此散开的速度越大。
红移
红移在物理学和天文学领域，指物体的电磁辐射由于某种原因波长增加的现象。在可见光波段表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离，即波长变长频率降低相反的波长变短，频率升高的现象则被称为蓝移。通常认为它是多普勒效应所致即当一个波源（光波或射电波）和个观测者互相快速运动时所造成的波长变化。
大爆炸
大爆炸是时间、空间，以及宇宙中所有物质等构架的开端。在爆炸之初，宇宙只是一片由微观粒子构成的均匀气体，它温度高、密度大，并以很大的速率膨胀。气体的热膨胀使温度降低，原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现，最终逐渐形成今天宇宙中的各种天体。
奇点
在时间的起点和终点空间为零这样的点称为奇点。当一颗具有足够质量的恒星到了生命的最后时期就会在万有引力的作用下形成黑洞。黑洞巨大的引力使成千上万颗恒星都被卷入这个旋涡之中，产生一个具有巨大质量的集合体。物理学家将这个集合体视为大爆炸奇点的模式。
暴胀
宇宙爆炸之后的，次快速膨胀称为暴胀。暴胀前宇宙体积极小星系或其前身全都紧密地挤在一起。暴胀结束后膨胀速度开始放慢。物理学家将暴胀所释放出的能量归因于大爆炸之后一个新的量子场——“暴胀子”中所储存的势能。势能可以产生引力排斥效应，从而加速宇宙膨胀。
原子的产生
原子的产生是电磁力和核力的“杰作”。宇宙大爆炸后，最早的基本粒于之——夸克，每三个他一组结合产生质子和中子。将这些夸克联系在一起的是强大的核力。核力再集合质子和中子，形成氢和氦的核宇宙太爆炸30万年之后，电磁力建构原子的物质促使每个质子与一个电子相结合形成一个氢原子。另外，电磁力使每个氢核与两个电子聚集形成一个氦原子。
基本力
我们的宇宙由四种力支配，这四种力就是基本力，即引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。宇宙大爆炸后，基本粒子和四种基本力才逐渐分离出现。分离强作用力时，释放出巨大的能量，提供了宇宙膨胀的能源。这些基本粒子和基本力决定了所有物质的命运。
质子和中子
质子和中子是原子核的组成部分。质子是指原子核中的非基本粒子，带有+1的电荷。中子是指种不带电荷的通常可以在原子核中找到的非基本粒子。在宇宙大爆炸后的1秒钟内，宇宙中充满了亚原子微粒，它们相互碰撞，从而形成了质子和中子。
物质的积累
宇宙在暴胀过程中，产生了x和反×两种超重粒子。宇宙极速冷却后这两种粒子变得不稳定而转变成夸克及轻子，同时也产生了反粒子。由于反粒子数量较少所以在暴胀结束后物质和反物质粒子的相互消减过程中，物质最终得以保存下来。
虚粒子
量子力学的不确定性原理允许宇宙中的能量于短时间内在固定的总数值左右起伏，起伏越大则时间越短。从这种能量起伏中产生的粒子称为虚粒子。当能量恢复时虚粒子湮灭。宇宙大爆炸时产生的巨大能量生成了虚粒子对物质和反物质但它们几乎是在生成的同时又相互消减。
反物质
反物质就是由反粒子组成的物质，所有粒子都有反粒子，反粒子的特点是其质量、寿命、自旋、同位旋与相应的粒子相同、但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数却与相应的粒子相反。当反物质和物质相遇时就会发生湮灭、爆炸、放出伽玛射线并产生大量的能量。
湮灭效应
河外星系由既包含粒子，又包含反粒子的等离子体构成。当河外星系在万有引力的作用下开始收缩时柱子和反粒子便会产生湮灭效应，同时释放出巨大能量。
宇宙的冷却
宇宙的冷却是指宇宙爆炸之后温度下降，同时原子产生并且不参与辐射，使光线能够以直线的形式前行的一种状态。当宇宙冷却到了足够的程度，才打破了这种物质的均匀分布。电了由于温度下降与核子结合成原子。原子不再发生辐射作用，光线能够直射，宇宙逐渐变得透明。
光子散射
光子是光的基本粒子，原干吸收光子后辐射出另一光子的过程称为散射。在宇宙初期光子被一个粒子反弹又撞向另一个粒致使光线无法直行、这时的宇宙处于黑暗时期。一直到电子的运动速度减慢，并与质子结合生成原子后，光线才得以顺利通过。
不断膨胀的宇宙
宇宙自产生后就存不断膨胀。银河系外的其他星系都在远离我们而去，越远的星系，退行的速度越快。然而根据爱因斯坦能量守恒方程，星系本身并不运动，而是星系之间的空间在膨胀。宇宙膨胀是指随着空间的伸展带动星系之间的相互远离。
膨胀和重力
膨胀和重力决定着宇宙空间的大小。自宇宙大爆炸后星体和各星系直在膨胀。从理论上讲相互维系的重力应该控制这个膨胀的速度但事实上膨胀还在加速进行。科学家们推断：如果宇宙总质量超过某一个值宇宙就是封闭的，最后，膨胀速度会因重力吸引而减慢，并且往内压缩：若宇宙总质量等于该值，宇宙就将均速膨胀，如果宇宙总质量小于该值，宇宙就会加速膨胀。
红移蓝移
红移反映了天体运动的光谱变化。当光源远离观测者时它所发出的光会因波长变长而稍稍发红这种现象称之为“红移”。相反，当光源接近观测者时波长就会因变短而发蓝这就是“蓝移”。哈勃发现，来自星系的光谱呈现出某种系统性的红移，这说明星系正在远离我们。
哈勃定律
1929年，天文学家哈勃发现星系的退行速度v与距离d成正比关系，即v=Hd这就是哈勃定律公式中的H称为哈勃常数。哈勃定律有着广泛的应用，它是测量星系距离的唯一有效方法。只要测出星系谱线的红移，再换算出退行速度，便可由哈勃定律算出该星系的距离。
多普勒效应
多普勒效应是以19世纪奥地利物理学家克里斯蒂安·约翰·多普勒的名字命名的原理，即：如果光源或声源朝向或背离我们运动时，我们接收到的光或声青的波长将随之变化。太空中的多普勒效应是1912年由天文学家维斯托·迈尔文·斯里弗首次发现的。
宇宙的膨胀速率
哈勃定律中的哈勃常数H，就是星系退行速率，因此也是宇宙膨胀速率的量度。不过人们对这个常数的估计值一直在变。天文学家一次次地根据新获得的更加精确的观测结果对这个常数进行修订。当前哈勃常数的估算值是每百万秒差距（1百万秒差距约等于326万光年）每秒73千米。换言之，一个距离为1百万秒差距的星系将以每秒73千米的速度退行，这就是宇宙膨胀的速率。
宇宙的成分
经过精密计算，宇宙大爆炸后最初三分钟所生成的元素应该是77％的氢、23％的氨和O．0000001％的锂。而现在的宇宙成分中有4％是原子，其他23%是由不明粒子组成的冷暗物质，另有73％为一种暗能量。
暗物质
宇宙中不能发光、不能看见的物质被称为暗物质。由于这些物质由具有低热速度的物质组成，一般又称为“冷暗物质”。这些物质和通常的可见物质在引力的作用下聚集，形成一些从个别星系到巨人的超星系团等大小不一的天体。整个宇宙中有90％左右的质量为暗物质。
引力透镜效应
引力透镜效应是爱因斯坦的厂义相对论所预言的一种现象。由于时空在大质量天体附近会发生畸变，使光线在大质量天体附近发生弯曲（光线沿弯曲空间的短程线传播）。在有些情况下起引力透镜作用的天体是个星系，它对光的弯曲作用能产生类星体或其他星系等更遥远天体的多重像引力透镜效应可使背景的光源产生畸变，测量这种畸变可以准确地测定前方透镜天体的质量，特别是不发光的暗物质。
重力波
重力波是一种跟电磁波一样的波，又称为引力波。它是在真空中以光速传播的，种穿透性极强的横波。恒星等巨大天体的重力使空间弯曲剧烈的宇宙活动，如超新星爆发和黑洞的台并等，又会产生局部重力的快速变化。重力波能够用来探测光难以观测到的超新星和黑洞内部。目前，世界上正在建造各种大型天体探测装置，以探测宇宙重力波。
暗物质的数量
据科学家计算，暗物质在宇宙中的比重不超过99％，超过这个数目，物质就会朝着相反的方向运动，宇宙就会发生坍缩，这就是“大紧缩”。如果没有紧缩的过程宇宙将会永远膨胀下去。
宇宙射线
宇宙射线来自于远在大气层以外的太阳和宇宙深处，是一些以接近光速运动的高能粒子。它们会与空气中的粒子发生碰撞而产生簇射，簇射的成分包括了质子、中子、电子、正电子、渺子、微中子。π介子和伽玛射线。人类在研究宇宙射线的过程中采用的观测方式主要有三种，即，空间观测，地面观测地下（或水下）观测。
宇宙射线的发现
1912年，是德国人汉斯发现电流全随海拔的升高而变大，从而认定电流是由地球以外的一种穿透性极强的射线所产生，这种射线被称为“宇宙射线”。
电磁波
电磁波通过电磁的相互作用来传递能量，并根据不同的波长表现不同的性质。电磁波包括射电波、微波、红外波、可见光波、紫外波、Χ射线和伽玛射线。
多维的宇宙
很多人都想知道宇宙到底是什么样子的。但是目前对待这个问题谁也没有一个准确的回答，但是值得一提的是史蒂芬·霍金的观点比较让人容易接受：宇宙有限而无界，只不过比地球多了几维。
比如，我们的地球就是有限而无界的，在地球上无论从南极到北极还是从北极走到南极，你始终不可能找到地球的边界，但你不能由此认为地球是无限的。实际上，我们都知道地球是有限的。地球如此，宇宙亦是如此。
然而怎么理解宇宙比地球多了几维呢？
举个例子来说：一个小球沿地面滚动并掉进了一个小洞中，在我们看来小球是存在的，它还在洞里面，因为我们人类是“三维”的；而对于一个动物来说，它得出的结论就会是：小球已经不存在了，它消失了。为什么会得出这样的结论呢？因为它生活在“二维”世界里，对“三维”事件是无法清楚理解的。同样的道理我们人类生活在“三维”世界里，对于比我们多几维的宇宙，也是很难理解清楚的。这也正是对于“宇宙是什么样子”这个问题无法解释清楚的原因。
均匀的宇宙
布鲁诺认为，宇宙没有中心，恒星都是遥远的太阳。无论是托勒密的地心说还是哥白尼的日心说，都认为宇宙是有限的。教会也支持宇宙有限的论点。但是，布鲁诺居然敢说宇宙是无限的，从而挑起了宇宙究竟有限还是无限的长期论战。这场论战并没有因为教会烧死布鲁诺而停止下来。主张宇宙有限的人说：“宇宙怎么可能是无限的呢？”这个问题确实不容易说清楚。主张宇宙无限的人则反问：“宇宙怎么可能是有限的呢？”这个问题同样也不好回答。
随着天文观测技术的发展，人们看到，确实像布鲁诺所说的那样，恒星是遥远的太阳，人们还进一步认识到，银河是由无数个太阳系组成的大星系，我们的太阳系处在银河系的边缘，围绕着银河系的中心旋转，后来又发现，我们的银河系还与其他银河系组成更大的星系团。
有限而无边的宇宙
爱因斯坦在1915年发表广义相对论，1917年就提出一个建立在广义相对论基础上的宇宙模型。这是一个人们完全意想不到的模型。在这个模型中，宇宙的三维空间是有限无边的，而且不随时间变化。以往人们认为，有限就是有边，无限就是无边。爱因斯坦则把有限和有边这两个概念区分了开来。
爱因斯坦计算出了一个静态的均匀各向同性的，有限无边的宇宙模型一时间大家非常兴奋，科学终于告诉我们，宇宙是不随时间变化的，是有限无边的，看来，关于宇宙有限还是无限的争论似乎可以画上一个句号了。
星系
星系又可称恒星系，星系是由千百亿颗恒星以及分布在它们之间的星际气体、宇宙尘埃等物质构成的，占据了成千上万光年空间距离的天体系统。到目前为止，人们已在宇宙中观测到了约一千亿个星系。它们中有的离我们较近，可以清楚地观测到它们的结构；有的非常遥远，目前所知最远的星系离我们有近两百亿光年。
河外星系
星系，以前称为河外星系，是除了银河系之外，由数十亿至数千亿颗恒星，星云和星际物质所组成的，河外星系本身也在运动，它们的大小不一，直径从几千光年至几十万光年不等。
星系的结构
星系一般由星系核，星系盘和星系冕组成。星系核中包含恒星以及电商气体磁场和高能粒子，正常星系的核通常是“宁静”的，星系盘是规则星系中具有盘状结构的组成部，规则星系的最常见的形态是一个盘加一个中心核球。星系盘有旋涡或棒状结构，或既有旋涡又有棒状结构，星系冕是环绕在星系可见部分以外的一个广延的大质量包层，它的尺度非常巨大，平均约几十万秒差距，有的甚至达到百万秒差距。星系的质量和光度越大，它的冕的质量也越大。
星系成群地聚集在一起，就像我们地球上海洋中的群岛一样镶嵌在宇宙空间浩瀚的气体云中，这样的星系团和星系际气体伸展成纤维状的结构，长度可以达到数亿光年。如此大尺度的星系群集在广阔的空间呈现为球形。
星系的起源
在宇宙大爆炸后的膨胀过程中，分布不均匀的星系前物质收缩形成原星系，再演化成星系。关于星系前物质有人认为是弥漫物质，也有人主张是超密物质，关于原星系的诞生，有两种见解，一种是引力不稳定假说，另一种是宇宙湍流假说。
星系的演化
作为庞大的天体系统来说，星系也有形成、发展到衰亡的演化过程。原始星系在收缩过程中，出现第一代恒星在原星系的中心区，收缩快、密度高恒星的形成率也高，形成旋涡星系的星系核或旋涡星系整体。星系的自转离心力阻止赤道面上的进一步收缩，并造成不同的扁率，气体的随机运动和恒星辐射加热等因素又使部分气体来聚成星胚，并因碰撞作用而沉向赤道面。
星系的运动
星系内的恒星在运动，星系本身也有自转，星系整体在空间同样是运动的。恒星在星系内部的运动有两种：一是围绕星系核心的旋转运动，一是弥散运动。星系整体也有各种运动。成对出现的星系（即双重星系，又名星系对）彼此围绕公共质心转动。在星系团中，星系间有随机的相对运动。
银河系
银河系是地球和太阳所在的恒星系统，由大约200O多亿个恒星和大量星际物质组成，它的总质量约为太质量的1万亿倍，直径约为10万光年，因其投影在天球上呈一条乳白色的光带而得名。
银河系的起源
天文学家们认为，银河系是由一团星云不断坍塌形成的，在大约100亿年前，宇宙大爆炸后产生了一团气体云这团气体云质量巨大，它在自身的重力作用下不断收缩，内部逐渐形成许多密度较大的球状团块，这些团块最终破碎成许多个低密度凝聚区，它们就是新生的恒星。其余的气体云则继续坍塌形成扁盘状。随着气体云的坍塌引力能的释放加速了气体的旋转，于是便形成了银河系的自转。一个粗具规模的银河系就这样形成了。
银河系的形状
从正面看，银河系的形状像一块铁饼，从侧面看则像一块凸透镜，中央凸起的部分叫银核，是恒星分布最为密集的地方，直径为1．3万～1．6万光年。银核外面是银盘直径7万光年。在银河系中，包括太阳在内的所有天体都围绕着银河系的中心飞快地旋转使银河系呈扁平状。
发现银河系
银河系的发现经历了漫长的过程。望远镜发明以后，为人类探索茫茫宇宙提供了新的机会。1610年伽利略改进了望远镜，并用它来观察星空。他是第一个发现银河系是由无数恒星组成的科学家。
银河系的特点
银河系的质量约是太阳质量的1万亿倍，其中恒星占90％，气体和尘埃占10％，太阳是银河系中的一颗中等恒星，位于距银河系中心约2．8万光年的银盘内，以每秒250千米的速度围绕银心转动。
赫歇尔
生卒年1758～1822年
国籍英国
身份天文学家
贡献1779年、赫歇尔开始用自己制作的望远镜观测星空，后来，他绘制了一幅银河系结构图从而初步确立了银河系的概念。1787年，他发现了天王星。基于他在天文学上的贡献，赫歇尔被人们称为“恒星天文学之父”
银河系天体的坍缩
在引力的作用下，银河系的天体会向中心猛烈下落，这种现象或者过程叫做坍塌。恒星演化到晚期，就有可能因为目力作用出现坍塌。一般来说，恒星引力坍塌的结果是形成一颗密度很大的新的天体，但有些引力坍塌还伴随有大量的能量释放和物质的抛射。
银河
银河是银河系投影在走球上的一条淡淡发光的带。银河位于天鹰座与天赤道相交处，在北半天球，它经过天鹅、蝎虎、仙王等星座，跨入天赤道的麒麟座，再往南经过大犬，船尾等星座。银河各部分的宽窄和明暗程度相差很大。
太阳质量
太阳质量是用来测量恒星或星系等大型天体的质量单位，一个太阳质量大约相当于1．9891x10（上标30）千克。
银河系的传说
在中国的古代传说中，私自下界的织女与凡人牛郎相爱并结成了夫妻，王母娘娘知道后大发雷霆，把织女带回了天庭，牛郎跟随她们到了天上，但狠心的王母用簪子在他面前划了一条天河，把他与织女永远隔开了。这条天河就是银河。实际上，牛郎星是天鹰座中最亮的星，织女星是天琴座中最亮的星，它们之间相隔16万亿千米。
银河系的结构
银河系的宏观结由银盘和银晕构成。银盘是星系的主体。银晕是包围着银盘的雾状物，由稀疏的年轻恒星和星际物质组成。银河系中心是一个球状体，它由许多老年恒星聚集而成，球状体的中心——银心则是一个很强的射电源和高能辐射源。银河系有四条旋臂，它们是人马臂、猎户臂、英仙臂和3000秒差距臂。
银心
银心是银河系的自转轴与银道面的交点，是银核的中心，也是银河系的中心，它位于人马座方向，这个区域主要由大量的恒星组成。银心的质量约为太阳质量的400万倍，太阳距银心约10千秒差距，位于银道面以北约8秒差距（32616光年。此外，银心与太阳系之间充斥着大量的星际尘埃。在距银心70秒差距处，有激烈扰动的电离氢区，以高速向外扩张。银心处还有一强射电源，即人马座A，它发出强烈的同步加速辐射。所以有人认为银心区是一个大质量的致密核，也有可能是一个大质量黑洞。
银核
银核是位于银河系中央的椭圆球状核。银核的长轴约为4～5千秒差距厚4千秒差距。银核是恒星密集的区域越靠近中心越密集。银核的质量约占银河系总质量的5％即为太阳质量的7×10（上标9）倍。但在距离银心10秒差距处，相邻两星的平均距离远达1万个天文单位。银核亮度的分布和椭圆星系表面亮度分布相近，按与银心距离的1／4次幂的[R（上标1／4））变化，其质光比M／L12，和仙女星系的核球质光比差不多。
银河系中的恒星
整个银河系约有2000多亿颗恒星。天文学家根据这些恒星的年龄大小不同，将它们分成星族Ⅰ和星族Ⅱ两大类。星族Ⅰ是一些轻的恒星，多分布在银盘的旋臂附近；星族Ⅱ是些年老的恒星，多聚集在银核和银晕中。
银心的结构
银心是银河系最大和最重要的星体聚集地。在它的中间是一个星团，它们中的许多成员是在强大引力的影响下高速运行的红色超巨星。其中一个强射电源叫做人马座A*。恒星的运行速度证明它可能是一个大质量的黑洞。
银盘
银盘是银河系的主要组成部分，在银河系可探测到的物质中，大多数都位于银盘内。银盘以轴对称的形式分布于银心周围，其中心厚度约1．2万光年不过这是微微凸起的核球的厚度，银盘本身的厚度只有2000光年，直径约为8万光年。除了1000秒差距范围内的银核绕银心做刚体转动外，银盘的其他部分都绕银心做较差转动，即离银心越远转得越慢。银盘中的物质主要是恒星，占银河系总质量不到1O％的星际物质，绝大部分也散布在银盘内。
银冕
在银晕外面还存在着个巨大的呈球状的射电辐射区，称为银冕。银冕离银心更为遥远，至少可以延伸到距银心32万光年处，宛如银河系的一顶帽子。
银晕
银河系外围由稀疏分布的恒星和星际物质所组成的球状区域叫银晕，银晕中的主要成员是球状星团。球状星团由成千上万颗，甚至几十万颗恒星组成它们的年龄大约为100亿年。球状星团以偏心率很大的巨大椭圆轨道绕着银心运转，天文学家认为，这些星团曾一度充满了整个银河系。此外，在银晕中可能还存在一些大质量致密天体。
银心探测史
时间天文事件
1918年哈洛·沙普利测量出了从太阳到银心的距离。
1957年詹·奥尔特提出银心区应该存在某些爆发现象。
1958年约瑟夫·什克洛夫斯基预测出了银心的性质。
1983年科学家发现在银河系中央有旋转气体存在。
1997年天文学家得出在银心有黑洞存在的结论。
星星的等级
在晴朗而又没有月亮的夜晚，出现存人们面前的天空中，眼睛能直接看到的恒星约3000颗，整个天球能做眼睛直接看到的恒里约6000颗。
当然，通过天文望远镜就会看到更多的恒星。中国目前最大的光学望远镜物镜直径2．4米装上特殊接收器它可以观测到23-25等星。美国1990年4月24日发射的绕地球运行的哈勃太空望远镜，可以观测到28等星。
为了衡量星星的明暗程度，天文学家创造出了星等这个概念。它是表示天体相对亮度的数值。星等值越小，星星就越亮；星等的数值越大，它的光就越暗。
早在公元前2世纪，古希腊有一位天文学家叫喜帕恰斯，他在爱琴海的罗得岛上建起了观星台，他对恒星天空十分熟悉。一次，他在天蝎座中发现颗陌生的星。凭他丰富的经验判断，这颗星不是行星，但是前人的记录中没有这颗星。这是什么天体呢？这就引出了这位细心的天文学家一个重要的思路。他决定绘制一份详细的恒星天空星图。经过顽强的努力，一份标有1000多颗恒星精确位置和亮度的恒星星图终于在他手中诞生了。为了清除地反应出恒星的亮度，喜帕恰斯将恒星亮暗分成等级。他把看起来最亮的20颗恒星作为一等星，把眼睛看到最暗弱的恒星作为六等星。在这中间又分为二等星、三等星、四等星和五等星。
喜帕恰斯在2100多年前奠定的“星等”概念基础，一直沿用到今天到了1850年，由于光度计在天体光度测量甲的应用，英国天文学家普森把我们的肉眼看见的一等星到六等星做了比较，发现星等相差5等的亮度之比约为100倍。于是提出的衡量天体亮度的单位一个星等间的亮度约2．512倍，一等星比二等星亮2．512倍，二等星比三等星亮2．512倍，依此类推。
它是天体光度学的重要内容。当然，现在对天体光度的测量非常精确星等自然也分得很精细，由于星等范围太小，又引入了负星等，来衡量极亮的天体，把比一等星还亮的定为零等星比零等星还亮的定为-1等星，依此类推，同时，星等也用小数表示星等又分视星等和绝对星等，视星等是地球上的观测者所见的天体的亮度，比如，太阳的视星等为-26．75等满月为-12．6等，金星最亮时为-4．4等星，全天最亮的恒星天狼星为-1．45等星老人星为-0．73等星织女星为0．04等星牛郎星为0．77等星。而绝对星等是在距天体10秒差距（32．6光年）处所看到的亮度太阳的绝对星等为4．75星等；热星等是测量恒星的整个辐射，而不是只测量部分可见光所得到的星等；单色星等是只测量电磁波谱中某些范围很窄的辐射而得的星等；窄频带星等是测量略宽一点的频段所得的星等；宽频带星等的测量范围更宽；人眼对黄色最敏感，因此目视星等也可称为黄星等。
四季星象
寒来暑往，斗转星移。这说明随着一年四季的变更，四季星空也在变化。由于地球在绕太阳运动过程中，地球和太阳的相对位置不断变化，因此，一年中同是在晚上，不同季节看到的星象是不一样的。现在我们以北京（北纬40°）为例，看看四季星空。
春季星空的主要星座有：大熊座、小熊座、狮子座、牧夫座、猎犬座、室女座、乌鸦座和长蛇座。
在天顶略偏东北的方向，可以看到北斗七星，斗口两颗星的连线指向北极星。
而顺着斗柄的指向，可以找到一颗亮星，即牧夫座的大角，然后到达室女座的主星角宿一。在大熊座的附近，可以找到一个叫做猎犬座的小星座，其中有一个旋涡星云，是有名的河外星系。
夏季是看星的好时节，天黑以后向西看，就找到狮子星座。狮子座东面是室女座。
在天空南方，比较低的星空闪耀着一颗红色的亮星，它是天蝎座的主星心宿二，也是一颗处在黄道上的亮星，天蝎座的明显特征是有三颗星等距成弧摆开，心宿二恰在圆心。在我国古代天文学中，天蝎属商星，猎户属参星。刚好一升一落，永不相见，于是有诗人说“人生不相见，动如参与商。”
北斗七星此时在西北天，找到牧夫座后，向东在差不多天顶的位置，有个半圆形的星座。叫做北冕座，就像个镶满珠宝的皇冠，这里聚集着大量的星系。
秋夜星空多的是王公贵族星座：仙王、仙后、仙女、英仙、飞马、鲸鱼。
天顶偏东是飞马座，仙女座就是在飞马座东北的“一”字形星座。仙女座北面是“W”形的仙后座。仙后座西面是仙王座，东面是英仙座。
英仙座与仙后库之间是英仙座双重星团。仙女座则有个着名的大星系。仙女座大星云。这是一个比银河系还大得多的星系，也是北半天中距离我们最近的个星系。
冬季虽然寒冷，但星空却极其壮丽。
猎户座是冬季星空的中心。
三星连线向左下方延长，就能遇到全天最亮的恒星——天狼星。它是大犬座的主星。
从三星向右上方延长就是红色亮星毕宿五。旁边是五车二。
金牛座东南是双子座，在向东是巨蟹座，再往东是狮子的头部了。
猎户座的西南是漫长巨大却十分暗淡的波江座。主星水委一。
猎户座正南方是天免、天鸽座。再往南是船底座的主星——老人星。
猎户座的三星下万，有一片亮斑，那就是猎户座大星云。三星最左边的那颖是马头星云。金牛座的昴星团是一个极好看的疏散星团，大约由500颗恒星组成。
太阳系
太阳系是由受太阳引力约束的天体组成的系统，它的最大范围约可延伸到1光年以外。在太阳系中，太阳的质量占太阳系总质量的99．8％，是中心天体。太阳以自已强大的引力将太阳系中所有的天体紧紧地控制在它自己周围，使它们井然自序地围绕自己旋转。同时，太阳又带着太阳系的全体成员围绕银河系的中心运动着。
太阳系的起源
关于太阳系的起源，可以说是众说纷纭，科学家先后提出了星云说、撞击说和遭遇说三种观点。但是大多数天文学家认为，太阳系的成员都来自干气体和微尘构成的旋转云气，即太阳星云。太阳形成干50亿年前，星云中的其余物质则形成了行星和其他星体。
太阳的形状
太阳系内各种天体均以逆时针方向绕太阳运动，其运行轨道为椭圆形轨道的倾角普遍很小。因此太阳整体看来是扁平的。
太阳系的成员
太阳是中心天体，太阳系的主要成员有：太阳（恒星）、八大行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星）、无数小行星、众多卫星（包括月亮），还有彗星，流星体以及大量尘埃物质和稀薄的气态物质。
太阳系的形成
太阳系的形成和太阳自身演化密不可分，太阳的形成要经历三个时期五个过程，即星云时期，变星时期和主序星时期，五个过程是冷凝收缩过程、快引力收缩过程慢引力收缩过程、耀变过程和氢燃烧过程，而行星仅仅是太阳演化过程中的副产品，也就是太阳演化到某个阶段才形成了行星和卫星等天体。
太阳系的运动
太阳系是银河系的一部分，距银心25万光年，在猎户旋臂附近，太阳带领它的大家族以220千米／秒的速度绕银河中心旋转，周期约2亿年。太阳系中的八大行星都在差不多同一平面的近圆轨道上运行，朝同一方向绕太阳公转。除金星以外，其他行星的自转方向和公转方向相同。另外，整个太阳系还在远离银河系，它们朝着武仙座的方向奔去。
太阳的重要性
对于人类来说，光辉的太阳无疑是宇宙中最重要的天体。万物生长靠太阳，没有太阳，地球上就不可能有姿态万千的生命现象，当然也不会孕育出作为智能生物的人类。太阳给人们以光明和温暖，它带来了日夜和季节的轮回左右着地球冷暖的变化，为地球生命提供了各种形式的能源。
太阳
太阳是主宰太阳系的中心天体，太阳质量占太阳系总质量的99．8％，即便是比地球庞大得多的木星，跟它比起来也微不足道。太阳以甚强人的引力将太刚系里的所有天体牢牢地吸引在它的周围，使它们不离不散、井然有序地绕自己旋转。同时，太阳又作为一颗普通恒星，带领它的成员，万古不息地绕银河系的中心运动。
耀眼的太阳
其实，太阳只是一颗非常普通的恒星，在广袤浩瀚的繁星世界里，太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平。只是因为它离地球最近所以看上去是天空中最大最亮的天体。其他恒星离我们都非常遥远，即使是最近的恒星，也比太阳远27万倍，看上去只是一个闪烁的光点。
目前太阳的成分由，氢占了大约75％的质量而氦则占了约25％，以原子数量来看，氢占92．1％，而氦占7．8％，其余约0．1％才是其他成分。在太阳核心中的氢正逐渐转变成氦，但这种转变十分缓慢。
太阳的位置太阳系虽然庞大，但在银河系中，它犹如一粒沙。大约7500多万个太阳系排成一列才相当于银河系的直径。地球上看到夜空的银河并不均匀，那最亮处就是银河的中心。这说明太阳系不在银河系的中心位置，而是出于边缘处。太阳带着太阳系中的所有成员在银河系中绕着银心运动。
太阳的年龄
现代的观测表明，太阳已有50亿年的历史。它是个典型的中等质量恒星，正平稳地燃烧着自身的核储备并把氢转变为氦。它还可以继续燃烧约50亿年。
太阳的演化
原始的太阳是原始星云在自身引力作用下不断收缩，密度不断增大，温度不断升高，历时数千万年形成的。目前的太阳正处于中年期，是它的鼎盛时期。但是根据恒星的演化规律，太阳总有一天也要死亡。在它的氢燃料耗尽之前，它还有50亿年的发光期。在其存在的最后阶段，太阳中的氦将转变成重元素，太阳的体积也将开始不断膨胀，直至将地球吞没。在经过1亿年的红巨星阶段后，太阳将突然坍缩成一颗白矮星——所有恒星存在的最后阶段。再经历几万亿年，它最终将完全冷却，然后慢慢地消失在黑暗里。
太阳的自转与公转
在太阳系中，地球和所有的行星都一边自转，一边绕着太阳公转。作为太阳系中心的太阳，是不是也在自转和公转呢？于这个问题古人是不知道的。直到1609年伽利略发明了望远镜，观测到太阳黑子的活动，证实黑子位置并非固定不变，也证实了太阳确实有自转。1613年，沙伊纳通过望远镜观察太阳黑子方位的变化，发现了太阳自转现象并测定其周期为25天。
行星
行星位于太阳的周围，它们在各自固定的轨道上，按相同的方向做有规律的运动。行星本身不发光，以反射太阳光而发亮。在太阳系中，离太阳最近的行星是水星，以下依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。
行星的形成
在宇宙中，当一颗新生恒星周围存在碟状宇宙尘埃物质时，这些尘埃物质就会在漫长时间中逐渐聚集起来，形成一个个较大的陨石块。当这些陨石块之间发生碰撞并融合到一起后，便会碰撞出大量尘埃和岩石碎块，经过长时间的连步演化过程，最终才会形成一个早期的行星系统雏形，而恒星周围的那些尘壤也会逐渐消失。
星子
太阳星云中含有不易挥发的物质颗粒，它们互相碰撞，如果相对速度不大，化学力和电磁力司以使它们附着在一起成为较大的颗粒，这就叫做星子。星子是相对较小的天体，一般直径为数百千米。在引力的作用下，它们彼此结合形成原行星。
原行星盘
原行星盘是恒星形成之初，环绕在原恒星周围的圆盘状物质，这些物质最终形成后来的行星。原始分子云中的尘埃会因碰撞，沾粘而形成较小的岩石，小岩石再逐渐聚集形成原行星盘，经过数千年后，才逐形成成熟的行星。
行星环指围绕行星旋转的星际物质，主要为些碎片颗粒，目前在太阳系的些行星上已经得到了发现，它们是由于反射太阳光而形成了一条环状的带子而得名。最早发现该现象的科学家是伽利略他发现了土星环。太阳系中拥有行星环的大行星有木星、土星、天王星和海王星。
行星磁层
在太阳风的作用下，行星磁场被限制在一定的区域，这个区城就成为了行星磁层。它的形状与彗星相似；磁层顶受太阳风压缩形成弓形激波阵面，磁层尾却背对着太阳延伸得很长，在八大行星中，金星、火星没有磁层，其他行星都有磁层。
开普勒
约翰内斯·开普勒（1571～1630），德国天文学家，开普勒定律的发现者。他先后发现了行星运动的三条定律。这就是后来被称为“开普勒定律”的行星三大定律。该定律说明了行星围绕太阳转动的理论。
开普勒的行星运动定律
开普勒以前人的大量观测结果为基础，总结出了天体运动的三大定律。开普勒行星运动第一定律为：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。开普勒行星运动第二定律为：对每个行星来说，太阳和行星的连线在相等时间内扫过相等的面积。开普勒行星运动第三定律为：所有行星的椭圆轨道的长半轴的三次方跟公转周期的平方比值相等。运用这三大定律就可以解决天体做椭圆运动的问题。
行星的运动
太阳系内各行星的运动是非常复杂的，但同时它们又有一定的规律。各行星既在固定的椭圆形轨道上按相同的方向做有规律的运动，又按各自的周期进行自转，而且每一个行星的自转轴与公转轨道所形成的角度都是不一样的。
行星的轨道
行星的轨道是行星围绕太阳公转的路线。行星基本都以椭圆形轨道绕太阳运行，而不是一般所认为的圆形。轨道的长度和绕行所需要的时间，称为行星轨道周期，行星距离太阳越远，轨道周期就越长，受太阳作用力大小的影响，所有的行星轨道都在压缩，行星的轨道越小，轨道压缩的速度就越快。
行星的倾角
行星绕太阳公转时，自转轴并不是垂直干公转面而是有个倾斜的角度。每个行星的自转轴倾斜角度都不同。在太阳系中，冥王星的倾角比其他行星都要大。
行星自转
每颗行星都会围绕自己的轴线旋转，这叫自转。行星的轴线是指根贯穿星体南北极的假想线，自转一圈需要的时间长短不一，变化很大。八大行星中，除金星是自东向西自转外，其余的行星都与地球一样白西向东旋转。
“东大距”与“西大距”
当内行星地球和太阳三颗星所成的角距最大时叫大距。内行星离太阳东侧最远时称为东大距这时行星会出现在日落后的西方是空。内行星离太阳西侧最远时称为西大距这时行星会出现在日出前的东方天空。
内行星的视运动
公转轨道在地球内侧的行星称为内行星，如水星、金星。内行星以太阳为中心，在一定的角度内往东或往西运动。其中自西往东运行称为顺行，自东往西则称为逆行，从顺行转为逆行或由逆行转到顺行的过程都叫做“留”。
“合”及“冲”
所谓“合”是指外行星接行星、太阳、地球的顺序排列。当外行星出现“合”时，我们在地球上看不到它。所谓“冲”是指外行星按行星、地球、太阳的顺序排列，当外行星到“冲”的时候，我们会在日落时的东方天空看到，隔天早晨就消失，所以观测时间只有一个晚上。“冲”的时候，外行星距离地球最近，视直径最大，太阳光直射行星表面，此时是地测的最佳时期。
“近日点”和“远日点”
在行星的椭圆形轨道上，最接近太阳的点称为近日点。在近日点附近，行星的运动连度会加快，在行星的椭圆形轨道上，距离太阳最远的点叫远日点。在远日点附近，行星的运动速度较慢。
外行星的视运动
公转轨道在地球外侧的行星称外行星，如火星、木星、土星、天王星海王星。外行星的运动形态通常为顺行，“合”的时候则与太阳处在同方向上，但由于地球向东运转的速度较快外行星运动暂时变成逆行。在逆行的中途，外行星的运动形态又会变成“冲”并于夜半出现在正南方，这时候，又会被绕行太阳一圈的地球由西赶上而转变成“合”。
卫星
在宇宙中，围绕行星按一定的轨道周期性运动的天体一般被称为卫星。卫星包括人造卫星和天然卫星两种，月球就是地球的唯一的一颗天然卫星。
天然卫星的形成
目前，天文学家普遍认为：太阳系的行星卫星系统的形成机制基本上与太阳行星系统的形成机制相同，也可以说在主要方面大体一致。大多数科学家认为，天然卫星和它所环绕的行星是在同一时期，由相同的气体和灰尘所形成的。
土卫四B
1980年11月12日，美国“旅行者”1号航天器发现，在土卫四的轨道上还有一颗小卫星，它随着土卫四一起绕土星运转。科学家将其命名为土卫四B，也称为土卫四的伴星。这一发现改变了前人们关于卫星环绕行星旋转各有一条轨道的认识。
银河系最大恒星的卫星
2005年，美国宇航局宣布，科学家发现了我们银河系最大恒星的一颗天然卫星。他们使用专门的仪器，首发获得了该恒星存在卫星的准确证据，这颗恒星位于厄塔船底星座，是我们银河系中最大的一颗恒星。厄塔船底星座距离地球7500光年，其质量是太阳质量的100倍，科学家们认为，处于该星座轨道上的恒星和它的卫星能解释许多有关厄塔船底星座的特性。
天然卫星的命名
卫星除了有各自不同的编号，人们还用西方神话人物的名字来给它们命名。而且，有很多卫星的名字都来自莎士比亚的戏剧，比如有一颗卫星叫做Juliet，这个名字就出自戏剧《罗密欧与朱丽叶》。在天文史上，卫星并不是在它们被发现的时候就立刻命名。比如，火星的卫星是在1877年发现的到了1878年它才被命名。1892年发现的阿曼尔提亚（木卫五）一直到1975年才有了名字。
木星的卫星
太阳系中，木星拥有的卫星数目较多，其中较为明亮的是木卫一、木卫二、木卫三和木卫日，连四颗卫星是由伽利略发现的，所以称为伽利略卫星。伽利略卫星环绕在木星附近的轨道上时而位于木星后方。时而又投影于木星表面。而木星的第十四、十五和十六颗卫星则是由“航海家”1号于1979年，1980年发现的。
卫星探测器
卫星探测器是人类发射的，研究卫星形成原因、自身特点等问题的探测器的一种。2011年以后，美国将发射木星卫星探测器——“普罗米修斯”，它将围绕木星的三个卫星运行，研究它们的结构和历史，星体表面的冰层下存在巨大海洋的可能性，以及在星体上允许生命生存的可能性。它装配速度快，能在恶劣的太空环境下可靠地运行10年以上，并能完成多种任务。
八大行星的分类
八大行星按质量、体积、结构组成等特征被分为不同种类，按照行星轨道相对于地球的应置，可以将它们分为地内行星和地外行星；根据行星性质的差异，也可以将行星分为类地行星和类木行星；另外，行星还可以被分为巨行星和远日行星等不同的种类。
地内行星和地外行星
天文学家们把太阳系内的八大行星分为两大类：以地球为基点，一类为地内行星，类为地外行星。地内行星就是运行轨道在地球以内的行星，包括水星和金星，地外行星是轨道在地球以外的行星包括火星、木星、土星、天王星、海王星。从地球上看去，地内行星永远都在太阳附近运动，只能在黄昏或黎明时才能被人类观察到。地外行星就不同了，它们可以运行到远离太阳的地方。
巨行星和远日行星
巨行星包括木星和土星。其中木星是太阳系八大行星中体积最大的一个，它的体积可以容纳一千三百多个地球。土星的体积则是地球的745倍。远日行星包括天王星、海王星，它们距离太阳十分遥远。其中，海王星和太阳之间的距离大约为44．95亿千米，是地球到太阳距离的30倍。
水星、金星、地球火星被称为“类地行星”，它们的外壳由坚硬的岩石构成，核心则由铁等金属构成。类地行星离太阳较近表面温度高，自转周期长，公转周期短且速度快。它们的特点是：体积小、质量小、密度大，卫星少。木星、土星、天王星和海王星为“类木行星”。类木行星离太阳远，表面温度低，自转周期短，公转周期长且速度慢，其特点是：体积大，质量大，密度小，卫星多。
太空探测船
太空探测船是进行星际探索的工具。它是利用火箭发射的自动化飞船，在预定目标处进行探测研究，它可以飞越或登陆目标星，让人类有机会进一步靠近行星、卫星、彗星，甚至是小行星，更加了解太阳系。
天文台
我们通常所说的天文台，部是指利用地面天文望远镜来观测各类天体的天文观测基地和天文研究分析中心。现在全世界已有五百多个天文台，分为光学天文台，射电天文台和红外天文台三种。天文台不但可以用了观测天体，分析资料，还能计算人造卫星轨道等，有助于天文学家揭示宇宙奥秘。
天文台的半圆顶
天文台多设计成圆顶，这样才便于观测。因为天体分布在天空中的各个角落，天文台中的观测仪器又非常庞大采用普通的屋顶，仪器很难随意指向天空中的目标。而把屋顶设计成半圆形再在上面开一个可以开关的天窗，这样就司以方便地进行观测了。外，天文台的圆顶可以自由转动，不管天文望远镜指向天空的任何方向，只要转动一下屋顶，就可以看到观测目标了。
天文台建在哪儿
过去，天文台一般都建在山上，因为那里空气稀薄，气候稳定，大气扰动较小，很利于观测。后来，天文学家又发现，在水边建天文台也有不少优点，那就是水面附近的气温变化不大，更适于科学观测，于是，科学家把二者结合起来，将天文台的最佳位置选在了依山傍水的地方。
着名的格林尼治天文台
格林尼治天文台是个天文学的圣地，它位于伦敦东部泰晤士河畔，始建于15世纪30年代，1675年改建成皇家天文台。1950年皇家天文台迁往新址后，该天文台划归国家惠洋博物馆，设有天文站，天文仪器馆等，展出英国早期的天文观测仪器和天文历史资料等。
光学望远镜
天文望远镜可以说是我们人类观察星空的“第三只眼睛”。它们是通过光学成像的方法使人看到远处的物体，并且显得大而近的一种仪器。即使是用一架极其普通的望远镜来看天空，都要比用肉眼看到的景色壮观。可以毫不夸张地说，没有望远镜的诞生和发展，就没有现代天文学。
折射望远镜
1608年，荷兰眼镜商人李波尔赛偶然发现用两块镜片可以看清远处的景物，受此启发，他制造了人类历史上第一架望远镜。1609年，伽利略制作了一架口径4．2厘米，长约1．2米的望远镜。他是用平凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜，这种光学系统称为伽利略式望远镜。伽利略用这架望远镜指向天空，得到了一系列的重要发现，天文学从此进人了望远镜时代。1611年开普勒又对折射望远镜进行了改进，使之性能得到了提高。现在天文望远镜采用的还是开普勒式的。
世界上最大的折射望远镜
1897年叶凯士天文台建造了一架透镜直径为1．02米的最大折射望远镜。此后再没有人造出更大的折射望远镜来将来可能也不会造出来，因为更大的透镜吸收的光线太多，会将其优良的放大率抵消。因此，今天的巨型望远镜都属于反射望远镜，因为反射镜面很少吸收光线。
望远镜由物镜和目镜组成，接近景物的凸形透镜或凹形反射镜叫做物镜，靠近眼睛的那块叫做目镜。远处景物的光源视作平行光，根据光学原理，平行光经过透镜或球面凹形反射镜便会聚焦在一点上，这就是焦点。焦点与物镜的距离就是焦距。再利用一块比物镜焦距短的凸透镜或目镜就可以把成像放大，这时观察者觉得远处景物被拉近，看得特别清楚。
色差
色差来自色散，即玻璃对光波的不同波长有不同的折射率。色差分为两种，轴向色差（相当于径迹误差）和侧向色差（相当于图像重叠误差）。
反射望远镜
1688年，牛顿制作了第一架反射式望远镜。反射望远镜是利用一块镀了金属（通常是铝）的凹面玻璃聚焦，由于焦点在镜前，所以必须在物镜焦点之前用另一块镜将影像反射出镜筒外，再用目镜放大。反射望远镜没有色差（因不用透过玻璃故无色散）但有其他各类的像差。
最大的反射望远镜
随着天体物理学的迅速发展，不少天文台都建造大口径反射望远镜。1948年在帕洛玛山天文台建成口径5米的反射望远镜。1975年苏联在高加索的泽连丘克斯卡亚的专门天体物理台建成口径6米的反射望远镜，世界上最大的反射望远镜，恐怕要算是帕洛玛山天文台上的海尔反射望远镜。
折反射式望远镜
折反射式望远镜最早出现干1814年，1931年，德国光学家施密特用一块别具一格的接近千平行板的非球面薄透镜作为改正镜，与球面反射镜配合，制成了可以消除球差和轴外像差的施密特式折反射望远镜。这种望远镜光力强、视场大、像差小，适合于拍摄大面积的天区照片，尤其是对暗弱星云的拍照效果非常突出，施密特望远镜已经成7天文观测的重要工具。
射电望远镜
射电望远镜与光学望远镜不同，它既没有高高竖起的望远镜镜筒，也没有物镜、目镜，它只有一架高分辨率的天线和一台非常灵敏的无线电接收机，这就是射电望远镜。射电望远镜就好比天文学家的顺风耳，它接收天体发来的无线电波，并将它记录成一条条曲线，天文学家通过它就能获得宇宙无数“无线电台”发出的信息。
射电望远镜的首创者
1931年，美国人K．G．杨斯基发现了来自银河中的射电辐射。从杨斯基宣布接收到银河的射电信号后，美国人G．雷伯潜心试制射电望远镜，终于在1937年制造成功。这是一架在第二次世界大战以前全世界独一无二的抛物面型射电望远镜。它的抛物面天线直径为9．45米在1．87米波长取得了12度的“铅笔形”方向束，并测到了太阳以及其他些天体发出的无线电波。因此，雷伯被称为是抛物面型射电望远镜的首创者。
坐落在波多黎各的阿雪西沃天文台拥有世界上最强大的射电望远镜之一。这个巨大的望远镜正好镶嵌在一个死火山口上，直径达305米。随着地球的转动，望远镜扫射天空，捕捉来自宇宙的各种信息。
射电望远镜的结构
射电望远镜通常按天线的结构，分成几个类型：抛物面天线射电望远镜射电干涉仪，甚长基线干涉仪和综合孔径系统等。结构主要由定向天线或天线阵、馈电线、高灵敏度接收机和记录仪或示波器等部分组成。天线阵将收集到的天体电波，经过馈电线送到接收机上。这架接收机同日常收音机的原理相似实质上也是个放大器，它首先将微弱的天体电波高倍放大，再进行检波，让高频能量转变为低频形式，最后送到记录仪器上记录下来，或在示波器上显示出来。为了要确定天体电波的强度必须加一个强度已知的比较源，如噪声发生器或石墨热源，适当时将比较源信号输入接收机，以便比较。
超长基线射电望远镜巨阵
美国国家射电天文台的超长基线射电望远镜巨阵（VLBA）位于新墨西哥州国立无线电波天文观测台，建有半径选20千米，由27座25米高的碟型天线组成的Y型巨大阵列（VLA），可模拟镜面选直径36千米大的无线电波望远镜。
奥兹玛计划
20世纪60年代，人们终于开始尝试接收地外文明世界发出的无线电信号，地点设在美国西弗吉尼亚州西部绿岸镇附近的国家射电天文台。当时的工作由美国射电天文学家雷克负责组织，并于1960年4月11日正式开始实行，命名为“奥兹玛计划”。这是一个被动式收听地外文明之音的计划。“奥兹”是童话故事中的一个地名，那是一个非常奇异、非常遥远和难以到达的地方，在那里居住着位名叫“奥兹玛”的公主。该计划的含义是“寻找遥远的地外文明”，目的是搜索“外星人”的来电。奥兹玛计划在3个月中，累计监听150小时，最终未获得任何有价值的记录。虽然如此，这毕竟开创了人类寻找地外智慧的新纪元。
甚大射电望远镜阵列
位于新墨西哥州索科洛镇的甚大阵是世界上功能最强大的干涉望远镜。由27个直径24．6米，重23吨的天线构成的“Y”字形射电望远镜阵列最早兴建于1975年从它投入应用后，“整个星空一下子变得清晰了”。甚大阵射电望远镜的功能极为强大，它能够看到161千米以外的一个发射无线电信号的高尔夫球大的物体。
太空天文望远镜
地球上的大气层保护着地球，使地球上的生物免遭一些射线的伤害。同时，它也极大地阻碍了天文观测。为了看得更清楚，天文学家就把一些天文台搬到了大气层以外的空间，有的干脆在空间站里定居下来。美国发射的“哈勃”太空望远镜和“钱德拉”x射线望远镜就是其中的代表。1990年4月25日，“哈勃”空间望远镜发射进入太空。它运行在几百千米以上二的地球轨道，摆脱了大气对天文观测的一切干扰，它拍摄的图像比地面上拍摄的天体图像清晰10倍。1．6万千米以外的一只萤火虫都难逃它的“慧眼”。
四大天文
从20世纪90年代起，美国就开始实施“大观测台计划”，即发射4颗大型天文卫星，帮助天文学家更好地观察宇宙，这4颗卫星实际上就是4个天文望远镜，被誉为空间观测的“四大天王”。即“哈勃”空间望远镜，“康普顿”伽马射线空间望远镜，“钱德拉”×射线空间望远镜和空间红外望远镜。
“哈勃”望远镜
“哈勃”望远镜是有史以来最大，最精确的天文望远镜。它长13．3米，直径4．3米，重11．6吨“哈勃”望远镜创造了一个个太空观测奇迹，包括发现黑洞存在的证据，探测到恒星和星系的早期形成过程，观测到迄今为止人类已发现的最遥远的天体——距离地球130亿光年的古老星系。
伽马射线爆发
伽马射线是一种高能电磁辐射。通常来自宇宙中的双星，脉冲星和黑洞等高密度天体。它是一种穿透力很强的射线。在宇宙中复杂的电场、磁场环境下，它会始终沿直线传播。由于其辐射强度远大于这类星体的可见光，而地表臭氧层对该射线的屏蔽作用阻碍了科学家们通过它来探索宇宙的努力，因此在空间进行伽马射线探测对于揭开黑洞之谜，了解恒星的形成及演化具有重要意义。
“钱德拉”x射线空间望远镜
1998年7月23日，被誉为探测宇宙新“天眼”的“钱德拉”x射线太空望远镜，由哥伦比亚航天飞机送入太空。“钱德拉”重约5655吨，长11．8米是目前世界上最先进，功能最强的太空望远镜。它探测星系，类星体和恒星，寻找黑洞和暗物质的踪迹，帮助天文学家对暗物质和黑洞进行深入研究，测定宇宙总质量中有多少是以炽热气体的形式存在，验证宇宙年龄和星球演变及超新星爆炸理论。
“康普顿”伽马射线空间望远镜
伽马射线望远镜就是通过捕获宇宙中天体所放射出的伽马射线，来观测天体的活动。康普顿伽马射线空间望远镜是1991年4月5日由亚特兰蒂斯号航天飞机送上太空的。它是至今已升空的最敏感的伽马射线天文卫星把此前对伽马射线的观测范围扩大了300倍。
空间红外望远镜
太空红外望远镜有着比“哈勃”太空望远镜更加灵敏的“眼睛”，可以观测到“哈勃”都看不到的星体。“斯必泽”空间望远镜（缩写为SST）是美国宇航局2003年发射的一颗红外天文望远镜是大型轨道天文台计划的最后一台空间望远镜。该卫星以空间望远镜概念的提出者美国天文学家莱曼·斯必泽的名字命名。“斯必泽”的主镜口径84厘米，配备有灵敏度极高的红外探测元件。为彻底避开地球红外辐射的干扰，它将遨游于近百亿米之遥的深空轨道。当望远镜在外层空间处于极低温的条件下进行观测时红外波段的宇宙“面容”纤毫毕现，较之于地面观测将清晰百万倍。
月球之谜
在望远镜发明之前，古代的人们只能在晴朗的夜晚，用眼睛仰望皎洁的叫月。月亮表面有明有暗、形状奇特，于是古人们就编出了许多美丽的神话来描述它。自17世纪初伽利略利用望远镜观测月球，尤其是人类登月计划实以来，人们对月球的认识越来越深人，有关月球的知识也越来越多，但与此同时，关于月球的不解之谜也越来越多。
美丽的传说
中国古代有许多关于月亮的传说，如嫦娥奔月、吴刚伐桂、玉兔捣药等。在西文，古希腊人则把月球看做美丽的狩猎女神阿尔忒弥斯，并且把女神狩猎时从不离身的银弓作为表示月球的天文符号。
环形山
月球上有许多呈碗状的凹坑结构的月球高地被称为环形山。环形山分布在整个月面上，占月面面积的7％～10％，数量至少有100多万个，大的环形山直径数百千米，小的直径只有几米，几厘米，甚至更小。有的环形山有中央丘，有的环形山中套有小环形山，有的环形山四周有辐射条纹。而月球背面的环形山多于正面的环形山。
月海
所谓月海，实际上是月球表面一些宽广的平原和洼地。月海主要由玄武岩组成，由于玄武岩的反射率平均只有6％，大部分阳光会被它吸收掉，所以从地球上看，月海的颜色比较黯淡。目前已经探明月球表面有22个月海，其中向着地球的面有19个，月球背面只有3个。
月球集质现象
美国的“月球轨道探测器”4号和“月球轨道探测器”5号在飞近月球的“雨海”“危海”等月海上空时，发现下面的吸引力特别强，宇宙飞船飞过时禁不住要倾斜，且飞船上的无线电设备也因受到干扰而失灵，后经研究发现那里的物质聚集点集中，科学家把这种地区形象地称为质量瘤，也称月球集质。在集质存在的地方，物质的密度异常的高，并且集质多存在于月海下面。目前，月球上已发现了12处这样的质量瘤，且全部集中在月球正面。
月球内部的空洞
月球上经常发生类似地震的月震根据月震波的传播速率可知，月球内部的密度低于月球表面的密度，使人感到其内部可能有空洞，但科学家至今无法验证是否真的存在空洞。
科学家观测发现，月球并不是一个寂静的世界，在月球表面经常出现一些令人不解的发光（包括红光辉光等）和雾气等短暂现象，它们持续的时间在几分钟到数小时。
丰富的资源
月球土壤中蕴含着丰富的资源最值得我们关注的是核聚变材料氦-3。这种材料在地球上极为稀有是一种可长期使用的，清洁，安全和高效的核聚变发电的燃料。根据专家初步估算，月球土壤中氦-3的资源总量约为100～500万吨，而地球上的氦-3资源总量还不足15吨。可见，开发利用月壤中的氦-3，为解决人类面临的能源危机提供了一种可能。
“阿波罗”登月计划
在20世纪60年代的美国载人航天活动中，最为辉煌的成就莫过于“阿波罗载人登门飞行”。早在20世纪60年代初，美国宇航局就提出了“阿波罗”登月计划。经过8年的艰苦努力，连续发射10艘不载人的“阿波罗”飞船之后，终于在1969年7月16日发射成功载人登月的“阿波罗”11号飞船。
美苏太空竞赛
二战后“冷战”局面的形成，使得美、苏这两个国家在各个领域展开了激烈的角逐。载人航天作为高科技的体现，当然成为他们争夺的领域。在相继将自己的卫星送入太空之后，他们立刻开始了下个阶段的竞争，即载人航天计划的实施。20世纪60至70年代苏美出于各自的目的而进行的这场竞赛，或多或少加速了载人航天计划的制定和实施，无形中对整个人类作出了巨大的贡献。“水星”计划是美国1958年开始实施的第一个载人航天计划，1962年才进行首发载人轨道飞行并于1963年结束，共完成25次飞行试验，其中包括4发动物飞行，2次载人弹道飞行，4次载人轨道飞行，耗资约4亿美元。美国通过“冰星”计划证明人能够在空间环境中生存和有效地驾驶飞船，也取得了载人飞船设计的初步经验。
“双子星座”计划
美国于1961年11月至1966年11月实施了“双于星座”计划，将其作为由“水星”计划向“阿波罗”计划的过渡。其主要任务是研究人在失重条件下长期太空飞行的种种问题，以及发展轨道机动，会合和对接技术还有航天员的舱外活动能力。该计划历时5年，完成了10次环地轨道载人飞行。1966年3月16日发射的“双子星座8”号飞船，与运载它的“火力神”火箭的上面级（即与飞船脱离后也进入轨道的“阿金纳”上面级）首先实现了两个航天器的轨道对接为“阿波罗”计划的正式实施奠定了非常好的基础。
运载火箭的研制
“阿波罗”计划采用月球轨道交会法，使用大推力的“土星”号运载火箭把50吨重的航天器送人月球轨道，航天器本身装有较小的火箭发动机，当它接近月球时，能使航天器减速进人绕月轨道。而且，航天器的登月舱能脱离航天器，载着宇航员登上月球，并返回绕月轨道与“阿波罗”航天器结合，运载火箭研制分两个阶段进行，第阶段研制“土星”1号和1B号，用以获取大型运载火箭的研制经验并进行“阿波罗”号飞船的飞行试验；第二阶段研制“土星”5号巨型3级运载火箭作为飞船登月的运载工具。
载人飞行试验
1968至1569年美国发射了“阿波罗”7、8、9号飞船，进行载人飞行试验，主要作环绕地球，月球飞行和登月舱脱离环月轨道的降落模拟试验，轨道机动飞行和模拟会合，模拟登月舱与指挥舱的分离与对接。1969年5月18日发射的“阿波罗”10号飞船进行了登月全过程的演练飞行，绕月飞行31圈，两名宇航员乘登月舱下降到离月面15．2千米的高度。
登月的实现
通过一系列的试验，美国宇航局在“阿波罗”10号飞行试验结束后，宣布“阿波罗”11号将执行载人登月任务1969年7月16日，巨大的“土星”5号火箭载着“阿波罗”11号月球飞船在肯尼迪航天中心39A发射台点火发射，参加这次登月任务的航天员是内尔·阿姆斯特朗、布兹·奥尔德林、迈克尔·科林斯。1969年7月20日，美国东部时间下午10点56分，阿姆斯特朗踏上月球，首次实现了人类登月的梦想。
登月方案
“阿波罗”登月计划最初有三种方案：第一种是用大型火箭直接把飞船发射至月球轨道的直接登月法；第二种是飞船分段送人地球轨道，再逐一对接后飞向月球的地球轨道会合法；第三种是将飞船送入地球轨道，并推向月球的月球轨道交会法。月球轨道交会方案最终被采用，即将一艘载有3名航天员的飞船发射到月球轨道上，然后2名航天员乘登月舱在月面上降落，进行月面探险；另一名航天员仍留在指挥舱中绕月球飞行，并进行科学实验。返回时，在月面上的2名航天员启动登月舱的上升段发动机，飞上月球轨道，与指挥舱交会对接。2名航天员进入指挥舱后，抛弃登月舱的上升段脱离月球轨道返回地球。在再入大气层前抛弃服务舱，仅指挥舱在太平洋上溅落。
航天员站着登月
“阿波罗”号的航天员们是站着降落在月球的，主要是登月舱最初的设计中为每个航天员在座椅的前方安排了两个窗口。但是这样的窗口设计并不是十分合理因为由于窗口面积过大，照射进舱内的阳光过多，会影响到航天员的视野；此外还因为窗口离航天员的眼睛较远，给航天员在月球着陆过程中对着陆地点的观察也造成了影响。就因为上述种种原因最后有关专家让航天员站着，眼睛靠近窗口向外观察，扩大了视野。
“1202”警报
“阿波罗”11号飞船的登月行动曾经濒临灾难的边缘。当登月舱距离月球表面仅1800米做最后冲刺的时候，舱内计算机显示屏上的黄色警示灯忽然开始闪烁并出现了一个为“1202”的警报代码（“1202”警报代码是指登月舱的计算机随时可能死机），但地面飞行控制员贝尔斯做出了一生中最大胆的决定，对警报不加理睬，让宇航员继续实施降落，事后证明，他的决定是正确的，否则人类此次登月计划便会成为泡影。
登月着陆点
美国的“阿波罗”计划共实现了6发登月，都选择在月球同一面上的不同地区进行着陆。“阿波罗”11号、17号选择在静海地区；“阿波罗”12号在风暴海附近；除“阿波罗”13号飞船因中途发生故障被迫返回地球外“阿波罗”14号登陆在富拉莫·格高地；“阿波罗”15号在亚平宁地区登陆；“阿波罗”16号在开莱平原登陆。
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