银河系的组成：1784年，威廉·赫歇尔和他的妹妹卡罗琳·赫歇尔用自己制作的望远镜观测北半球上空的恒星。他们把天空划分成大约1083个区域，分别数出每个区域中的恒星数量，然后把所有区域的恒星数量加在一起，得到的总量约为11万颗恒星。此后，威廉·赫歇尔的儿子约翰·赫歇尔继承了父亲制作的望远镜，把南半球上空的恒星总量也数了出来，他将南半球上空划分为2299个区域，计算得出的恒星总量为70万颗。他们把观测到的恒星分布绘制下来，最后得到的恒星分布图呈现出当时人类能够目测到的银河系主要恒星的分布情况。随着人类对宇宙的探索不断深入，如今我们能够知道的银河系恒星总量已经达到了两千亿颗。
银河系是一个盘状的、带有旋臂结构的、密集的星系群体，在整个宇宙中，像银河系这样的星系有上千亿个，银河系仅仅是其中普普通通的一员。银河系是一个棒旋星系，质量大约是太阳的一万亿倍，直径为10万光年，中心厚度为1万光年，银河直径为7000光年。
银河系具有自转和公转，太阳系随着银河系自转，也会绕着银河系公转。从宇宙中来看，太阳系还以21千米/秒的速度朝着武仙座方向运动，而银河系则以211千米/秒的速度朝着麒麟座方向运动。银河系的自转在天文学中被称为角差自转，也就是旋转中各个部分的角速度不一致。
银河系内恒星种类很多，按照物理性质、化学组成、空间分布和运动特征，我们可以将恒星按五个星族划分。在银盘的旋臂上主要分布着最年轻的极端星族Ⅰ恒星，而在银晕里主要分布着最年老的极端星族Ⅱ恒星。
银河系的银心在距离中心位置1～2光年的范围内。英国天文学家林登·贝尔和马丁·内斯于1971年对银河系核心部分的红外观测和其他性质进行了分析，他认为银河系中心的能量源应是一个黑洞，并且预言如果这种假设正确的话，那么在银河系中心就有可能观测到一个很小的能发出射电辐射的源，这种辐射的性质和人们在地面同步加速器中观测到的辐射性质应该是一样的。
科学家后来发现了人马座A东和人马座A西两个强射电源，人马座A西的中心区有一个被称为人马座A*的致密区域，有可能是距离我们最近的巨型超重黑洞。银河系中的所有星体或许都是依靠这一黑洞的引力才得以维持聚集状态的。
一、银河系的组成部分
银河系的银盘主要由四条旋臂、旋臂以外的散落星体以及星际物质构成，每条旋臂上都有上百亿颗年轻恒星。银河系的四条旋臂分别为人马臂、猎户臂、英仙臂和天鹅臂。我们的太阳系就处于猎户臂上，距离银心不到3万光年。
银盘周围弥散着一种弥漫性物质，形成一个直径大约9.8万光年的球状区域，被称为银晕，主要由一些老年恒星组成的球状星团构成。
对于银盘的初始面貌，我们没有足够的认识，这主要是因为太阳位于银盘内。巴德和梅奥尔在20世纪40年代曾对仙女座星系的旋臂进行过分析，根据这项研究人们发现了旋臂天体的主要类型，接着对银河系内几类天体进行普查，在太阳附近发现了三段平行臂。因为星际的消光作用，利用光学观测还不能发现银盘的总体面貌。旋臂是星际气体的集结处，要想知晓旋臂结构，可以通过对星际气体的探测实现，而星际尘埃不会对星际气体的21厘米射电谱线产生影响，射电谱线可达整个银河系。经光学和射电观测，发现银盘具有旋涡结构。
银心位于人马座方向，是银河系的中心区域，银心呈明亮的球状，直径约为2万光年，厚度为1万光年，大量的恒星聚集在这个区域，这些恒星大多为100亿年以上的老年红色恒星。在银河系的中心区域有一个巨大的黑洞，星系核的活动非常剧烈。
银心与太阳之间充斥着大量的星际尘埃，这样就给观测带来了困难，我们在北半球使用光学望远镜很难在可见光波段发现银心。直到射电天文和红外观测技术兴起后，我们才有可能透过星际尘埃捕捉到银心的信息。
最新的观测表明，至少有10万颗白矮星充斥在银河系的核心区域，其中大约70颗较大的白矮星占据了更为核心的区域。要想进行进一步的研究，还需要新一代观测设备的支持。
在银盘周围的一个球形区域内弥漫着银晕，银晕的直径约为9.8万光年，在这里，恒星的密度非常低，只有一些由老年恒星组成的球状星团。有一种观点认为，还有一个巨大的球状射电辐射区就在银晕的外面，这就是银冕，它至少能延伸到距离银心100千秒差距或32万光年远。球状星团在银晕中最为明亮。
银河系的伴星系
大、小麦哲伦星云是银河系的两个伴星系。公元10世纪，阿拉伯航海家在赤道以南的海域航行时，在南天夜空中看到了这两个巨大的雾状星云，并将它们命名为好望角云。到了1521年，葡萄牙航海家麦哲伦带领船队进行环球航行时，也看到了这两个星云，并且对它们做出了精准的描述。后来，为了纪念麦哲伦的科学探索，科学家们将这两个星云以麦哲伦命名，其中较大的一个被称为大麦哲伦星云，较小的一个被称为小麦哲伦星云。
这两个星云出现在北纬20°以南的地平线上，在南天银河附近，我们能够用肉眼清楚地观察到这两个星云。大麦哲伦星云位于剑鱼座和山案座，张角大约为6°，相当于12个月球视直径;小麦哲伦星云位于杜鹃座，张角大约为2°，相当于4个月球视直径。大、小麦哲伦星云在天球上相距大约20°。
1912年，美国天文学家勒维特发现了小麦哲伦星云中造父变星的周期性光变。接下来，丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家沙普利测量了麦哲伦星云与地球的距离。通过计算，科学家们测定大麦哲伦星云距离地球约为16万光年，小麦哲伦星云距离地球约为19万光年。在太空中，它们彼此之间相距5万光年。麦哲伦星云是人类最早能够确认的河外星系之一。由于它们和银河系之间的距离很近，有利于我们对它们进行周密的分析研究。它们是非常重要的天文观测对象，能够为我们提供丰富的天体物理信息。
大、小麦哲伦星云绕银河系轨道一周需要15亿年。因为这两个星云没有标准固定的形状，所以在南半球颇多争议，也使得人们对它们充满了幻想。有天文学家认为，麦哲伦星云似乎与宇宙中的暗物质存在相互作用，从而形成了星系弯曲。解释星系弯曲比较困难，简单来讲就是邻近星云的运行对我们生存的银河系会产生影响，就像地毯一头鼓动，会形成整个地毯波浪般的扭曲变形。在此影响下，银河系的银盘目前已经变成了碗状。
和银河一样，麦哲伦星云中也包括星际气体和恒星。大麦哲伦星云的质量约为银河系质量的二十分之一，从星系分类上来说，该星云属于不规则星系，或矮棒旋星系。小麦哲伦星云同样属于不规则星系，质量更小一些，约为银河系的百分之一。在麦哲伦星云中存在着丰富的气体，中性氢质量分别占两个星云总质量的9%和32%，这一比例与银河系相比要大很多，这说明它们较银河系的演化程度低得多。它们中包含的星际尘埃数量也少于银河系的含量，但是存在很多年轻的Ⅰ星族天体。
1987年2月，科学家在大麦哲伦星云中发现了超新星SN1987A，这颗超新星的最大亮度能够达到太阳的2.5亿倍，是近400年以来最亮的超新星。麦哲伦星云在接近银河时，由于银河系引力的作用，星云内的恒星和气体就会发生改变。目前，小麦哲伦星云已经发生了撕裂，它的恒星将汇入银河系中，大麦哲伦星云在未来也会面临同样的情况。
2012年，科学家在大麦哲伦星云中发现了一颗异常明亮的气泡。当大质量恒星在生命进程的末端演化为超新星时，会发生猛烈的爆炸，产生强烈的辐射，并释放出大量物质。超新星爆发形成的冲击波产生了巨大的空洞，这就会形成超级气泡。在大麦哲伦星云中，科学家们已经发现了一些类似的超级气泡，这些气泡能够向宇宙空间发射强烈的X射线。
2013年，科学家们在大麦哲伦星云中发现了新恒星即将诞生的迹象。因为大麦哲伦星云是银河系的伴星系，受到了银河系的巨大引力作用，并且被拉长了。星云中的气体云因为挤压和坍缩，形成了新的恒星。利用哈勃太空望远镜观测大麦哲伦星云时，可以发现星云中存在一个恒星的诞生区域。目前，科学家们已经发现了大麦哲伦星云中已经生成的蜘蛛星云和LHA120-N11扁豆星云。
三、河外星系
人类在了解了银河系后，便开始思考：银河系以外是否还有其他星系?从200多年前开始，人类就开始在茫茫宇宙中探寻其他可能存在的星系了。法国天文学家梅西耶在对星云编制星表时，认为编号M31的星云具有十分重要的研究意义。这个星云位于仙女座，在每年的初冬能够用肉眼观测到，因此也被称作仙女座大星云。
从1885年开始，在这个星云中，人们陆续观测到了很多新星，因此认为该星云不仅是普通的反射宇宙中其他天体光线的气体尘埃，而且是一个由众多恒星组成的天体系统，其内部具有的恒星数量很多，这样才能出现如此多的新星。
如果我们认为从该星云中发现的新星的亮度，与我们在银河系中观测到的新星的亮度是相同的话，那么可以推算出这个星云距离地球十分遥远，甚至超出了我们所在的银河系。但是因为当时用新星的亮度估算距离并不准确，所以关于这个星云到底是在银河系内部还是在银河系之外，依然存在争议。
1924年，美国天文学家哈勃通过用望远镜进行观测，确认了北部上空的仙女座大星云并不属于银河系。一直以来，人们都误认为其是属于银河系的。
事实上，它并不是星云，而是一个河外星系，距离我们大约230万光年。此后，哈勃又陆续发现了上百个河外星系，有的距离我们上百万光年，它们所包含的恒星总量都达到了106～1013颗。
1990年，美国航空航天局发射升空的最大太空望远镜就是以哈勃的名字命名的，以此纪念这位科学家的伟大贡献。河外星系是与银河系类似的天体系统。这些星系之所以被称为河外星系，是因为它们都在银河系之外。
也就是说，银河系之外的所有星系都统称为河外星系。包括银河系和所有河外星系，到目前为止发现的最大的天体系统，被称为总星系，银河系只是其中普通的一个。河外星系包含数量众多的天体，像分布在宇宙中的岛屿一样，所以也被称为宇宙岛。到目前为止，人类已经观测到的河外星系多达100亿个。
