星系的发现
17世纪，望远镜发明了，让人们可以看清更遥远的物体。用望远镜来观测天空，人们又陆续观测到一些云雾状的天体，开始以为它们都是气体云，而且和恒星一样是银河系内的天体，所以称之为星云。到了18世纪，德国的天文学家康德等人猜测这些所谓星云应该是和银河系一样由恒星组成的天体系统，只是因为距离太远而分辨不出一颗颗的恒星来。如果把宇宙看作一个浩瀚的海洋，这些天体系统就犹如海中的岛屿，因而被形象地称为“宇宙岛”。
随着望远镜越造越大，人们可以看到这些星云的更细微处。正如康德他们所猜测的那样，星云在望远镜中分离成了一颗颗暗弱的星星。但是问题并没有完全解决，那就是，它们是银河系内的恒星集团，还是银河系之外的天体系统呢？
受望远镜技术的限制，人们一真没有办法明确得出结论。后来，天文学家发现了造父变星。它是一种特殊的星体，它的亮度随时间呈周期性变化。而且，造父变星的亮度越大，它的亮度变化周期也就越长，也即光变周期越大。因此，通过这个亮度和光变周期的关系，天文学家发现了测量星系距离的方法。
1924年，美国的天文学家哈勃在仙女座星云中发现了造父变星，推算出了它的距离，并计算出它是银河系之外的天体系统，并称之为河外星系。到这时，星系才算真正发现了。
从这一系列故事中，我们能够看出，许多发现都是一步一步逐渐得出结果的，而且可能在过程中会出现很多错误或者偏差，肯定会出现当时人们没有办法解决的问题。所以，这不仅说明天文学家们以后探索宇宙的过程将充满艰辛，同时也说明问题终究会有解决的一天。
脚夫发现了银河系的中心
现在，我们已经知道，太阳不是银河系的中心。但是，人们不知道的是，第一次明确提出科学依据，论证这个观点的，竟然是一名脚夫！沙普利原是美国南方山里面的一名脚夫。由于纽约天文台搬到了沙普利的家乡，工作人员便长期包下沙普利的骡子，进行搬运工作。几年过去了，新的天文台建好了，沙普利也就留在天文台工作了。
一天，沙普利正在整理他拍的星空照片，突然，一个想法闯进了他的脑海。沙普利想，如果所有的星星都是同样亮的，那么我们看到的星星亮度的不同，就可以代表它和我们之间的距离不同。星星其实都是一样亮的吗？当然不是。但幸运的是，星星数目巨大，所以从整体上说，星星是差不多亮的。基于这个想法，沙普利通过长期的观测，终于在1915年创立了造父视差法。根据这个方法，他测定了银河系内近百个球状星团的距离。1917年，沙普利用威尔逊山天文台2.5米望远镜，研究当时已知的100个左右球状星团。他统计出，其中三分之一在人马座内，90％以上位于以人马座为中心的半个天球上。于是他提出，各球状星团组成了银河系这个庞大的天体系统。这个系统的中心在人马座方向，太阳离这个中心约5万光年，所以太阳并不是银河系的中心。这一见解破除了把太阳看成银河系中心的传统观念，为建立银河系的正确图像跨出了革命性的一步。
从此，天文学家根据沙普利的研究成果，得出推论：银河系的中心有一个黑洞。因为在这个中心附近，我们可以观测到强烈的X射线辐射，而且红外辐射也特别强。一般来说，当物质高速旋转接近黑洞，即将被黑洞吞掉的时候，由于它运动的速度非常快，所以会辐射出强烈的X射线。
车轮转动与银河系自转
自行车的轮子在转动时，轮胎上的每个点的相对位置是始终不变的。但是，这和银河系又有什么关系呢？银河系难道也像车轮一样，是以这种方式运行的么？难道除了车轮的这种运行方式外，就没有其他的运行方式了么？
当然不是。太阳系内每个太阳以外的天体绕太阳所作的转动，就不是和转盘一样的形式，离太阳越远，转动周期越长。离太阳较远的冥王星转动一周约需248年，在这么长的时间里，离太阳最近的水星已转了近1000圈了！这种转动方式叫做开普勒转动。
科学家们判断，如果银河系是像转盘一样转动的，那么银河中的各个天体彼此的相对位置是不会变的，于是我们就看不出其他恒星绕银心的转动：如果银河系作开普勒式转动，那么恒星之间就应有相对运动，根据离银心位置的不同，转动的圈数也就各不相同了。
1926年，瑞典的林达布拉德通过观察，证明了银河系在绕人马座方向的银心普遍自转，表明了像转盘一样的转动方式，在银河系还是存在的。1927年，荷兰的奥耳特综合分析各种观测资料，得出银河系核球部分是刚体式的自转。也就是说，核球部分的转动方式和我们日常见到的车轮、轴承是一样的！但并不是说银河系的所有部分都是这么运行的，核球以外就是开普勒转动。根据这种转动方式的规律，科学家们测出太阳绕银心转一圈约需2.5亿年。
究竟科学家们在观察判断的时候，有没有受到车轮的启发？现在已经没有人能够说清楚了。但是，从银河系核球部分的转动方式，我们能够判断，其实宇宙运行的很多奥秘，在我们的身边就能够发现。
照片中找到的冥王星
与海王星比较起来，冥王星的发现则显得非常曲折。不少人曾仿效前人的方法，想从天王星和海王星所受吸引力的方向，来推测它的位置，但是结果一直让人失望。
冥王星是一颗比海王星还要远的星体，运行更慢。在海王星上看太阳，已不见太阳的圆面，仅看到一个光亮的点。落到冥王星上的太阳光很少，经它反射到达地球的光就更加微乎其微。正是由于冥王星又小，又暗，而且运行又慢，所以科学家们对它的研究几乎一筹莫展。
20世纪初，美国天文学家皮克林主张用照相的方法去搜寻这颗遥远的星体，由于拍摄位置的特殊性，这个历史性的任务就落在了汤博的肩膀上。而恰巧在这时，德国有一家仪器公司发明了更为先进的拍摄仪器和方法，这种仪器和方法能够在星象中看清楚某一颗星星位置的移动。汤博利用了这一仪器，耐心地坐在内视仪前，一张一张地观察底片。由于一张底片上星象很多，必须分成若干区，每一次只能校核十几个星点，在确认每一个星点都不跳动后才能通过。所以，任何微小的疏忽都可能前功尽弃。这项工作既要有耐心，还要有清醒的头脑。
直到1930年1月，汤博完成了金牛座40万颗星的检核工作，仍一无所获。下一个天区是双子座，这里靠近银河，暗星密聚，工作更是异常繁重。汤博日复一日，不间断地工作。1930年2月28日下午4时，他发现一个小星点，在相隔六天拍摄的两张底片上只移动了3～4毫米，同预计中的新星体又暗又慢的特点相符合。他欣喜若狂，但没有立即宣布这个发现。在以后的两个星期里，他又连续对该天区拍照，确认这是一个新星体后，于3月13日才将结果公布于世，这就是后人熟知的冥王星。
蚕食同伴的杀星
我们知道，宇宙中各颗星星之间相距十分遥远，它们相互靠近的机会很少。但经.过长期的观测和研究，天文学家却发现星球之间也存在互相吞食、互相残杀的现象。科学家们把这类吞噬其他星球的星球，称为宇宙中的“杀星”。
20世纪80年代，美国天文学家就曾经发现过这种互相吞食的现象。主角是两颗已经进入衰亡期的恒星，这两颗恒星体积很小，可质量却要比太阳大很多。经观测发现，这两颗星星靠得很近，相互围绕对方旋转运动。其中一颗大的恒星，时刻都在吞吃比它小的那一颗星，一口一口，极其缓慢地，就像是一个老太太在喝着滚烫滚烫的稀粥一样，而且这个过程似乎还要更加缓慢一点。大恒星把小恒星的外层物质剥下来吸到自己身上，使自己越来越胖，体积和质量不断增大。而那颗被吞食的恒星，逐渐变得越来越小，现在只剩下一个光秃秃的星核，就像是被啃过的桃子，只剩下桃核了。
不但星体之间存在着互相吞食的现象，星系之间也在互相吞食和残杀。通过望远镜，科学家们观察到这样的现象：两个距地球约10亿光年的星系，大星系的直径为20万光年，小星系的直径为2万光年。两个星系之间的距离为32万光年。小星系被大星系的引力所吸引，围着大星系转动，同时，大星系不断地吞食着小星系，小星系里面的星星已散成带状，开始被大星系吸收。科学家们判断，大星系将在数十亿年的时间里继续吞食小星系。大约经过20—30亿年，小星系就会被大星系完全吞没，变成大星系晕轮周围的一抹拖痕。
科学家相信，星球之间和星系之间吞食的现象，对揭开星系和宇宙结构形成之谜大有帮助。
发现中子星
1967年8月的一天，剑桥射电天文台，专门负责检查设备的贝尔小姐发现了一个十分奇异的射电信号：它与以前天文学家所了解的由太阳大气所引发的信号根本不同，它的脉冲短促，按当时的记录速度，很难辨别它的周期。贝尔小姐立刻向负责人汇报了这个发现。研究所的所有专家们开会讨论，这会是什么信号呢？
绝大多数的专家判断，这或许是地面上电气设备的干扰信号吧！但无论如何，当时的负责人还是决定加强监测，并调快了自记纸张的运行速度，希望弄清这个奇异的射电信号的周期。到9月份，一切都准备就绪时，神秘的射电信号却失踪了。
1967年11月，该射电望远镜再次收到了来自太空的射电信号。当贝尔小姐将第一份高速记录纸带送给负责人海威斯先生过目时，海威斯先生竟惊异得目瞪口呆：神秘的信号源发来的是间隔约1.33秒的短周期脉冲无线电波。科学家更加惊奇地发现，这些无线电波的间隔非常一致，精度不低于百万分之一秒，是一座相当准确的天文“时钟”。这说明，它很有可能是外星的智慧生物发出的联络信号！
消息很快传遍了整个世界，全世界绝大多数天文学家都处于一种紧张、亢奋的状态之中。随着各国天文学家的共同努力，迅速排除了是智慧生物的联络信号的可能性。此后的研究证实了，这些无线电信号来自理论天文学家预言过的，过去未发现的中子星。中子星的磁场强度可以达到普通恒星磁场强度的100亿倍。极高的密度，难以想象的飞快自转，超乎寻常的磁场强度，是中子星的基本特点，也是它能发射奇异射电信号的主要因素。
中子星的发现，大大开拓了人们的宇宙视野。
发现星系冕
宇宙中存在着一种“帽子”，它环绕在星系之外，质量巨大，但用一般的方法却看不见，这就是星系之帽——星系冕。
既然看不见，又是怎样发现的呢？1974年初，苏联的天文学家对100多个星系的运动速度进行分析。因为速度变化范围和质量有关，所以，天文学家发现了在星系外面，还有一个巨大的质量层。随后，美国天文学家也证实了苏联人的这一发现。他们同时证实，星系冕的个头非常巨大。星系的质量和光度越大，它的冕的质量也越大。银河系的冕，质量约是太阳质量的1012万倍，而巨椭圆星系的冕质量，比这还要大10～30倍。
在星系冕附近，星际湍流的物质密度非常低，而其直径却大得惊人，本来咆哮的物质波涛变得极其平缓。其中，恒星与行星的碎片也相隔遥远，有些甚至互相环绕运动，组成了一个个天体系统。
星系冕的发现使我们对宇宙物质形态有了新的认识：星系或恒星，只是宇宙物质的一小部分。而绝大多数的宇宙物质，可能是不可见的。同时，星系冕的发现，使宇宙物质的平均密度比原来的估算有所增加，这对宇宙学的发展研究是很重要的。根据星系冕的某些特征，有科学家提出，银河系其实镶嵌在硕大无比的星系冕——银冕之中，并且从理论上证明了银冕的存在。
星系冕的发现同时也说明了，并不是所有的天文探索，都是通过观察才能够得到的。像星系冕这样具有重要作用，人们无法看到的事物，却是依靠人们的计算，依靠人们的科学推断才发现的！因此，无论是在天文的观测中，还是在日常的生活中，除了依靠眼睛来观察事物外，我们还要依靠自己的智慧来理解、判断事物！
谢尔顿观测到了超新星爆发
超新星在古代又被称为“客星”，意思是这是一颗“前来做客”的恒星。有时候，当你遥望星空，可能会惊奇地发现：在某一星区，出现了一颗从来没有见过的明亮星星！然而仅仅过了几个月甚至几天，它又渐渐消失了。不用怀疑，你看到的这颗明亮的星星就是超新星！
看到超新星容易，但是观测到超新星爆发场面，却是需要非常幸运的机会。智利一座天文台的技术人员谢尔顿，就是这样一位幸运的人。1987年2月24日凌晨，他注意到，在一个星云附近，有一团气云特别亮。当时，他并没有太重视这件事。当天早晨，他对这个星云做常规巡视。当他用望远镜进行照相时，却发现了惊人的结果：冲洗出的底片上出现了一个巨大的亮点，按常规该亮点是完全不应该出现的。
谢尔顿惊呆了，如果不是照相仪器上有了瑕疵，就一定是在星云附近发生了新事件。他急忙走出户外，仰视黎明前的天空，一点没有错，在星云所在天区的中央，出现了一颗前所未见的明亮的新星。谢尔顿自信发现了一个重大天象，于是向同事指出了自己的发现。大家一致认为，他见到的是一颗距离大约为17万光年的超新星爆发。谢尔顿马上向国际天文学联合会发了紧急电报，立即在天文界引起了轰动。