4.2.1 銀河係
當人類全麵了解了地球所在的太陽係以後，很自然地要將眼光投向銀河係。
“銀河”原本是人類在空氣透明的夏天夜裏所能看到的一條寬而發亮的不規則光帶，看起來像一條河，它是由無數恒星的光引起的。實際上，人類肉眼能看到的銀河隻是銀河係的一部分，但也早已經備受關注，並成為文人墨客的題材。例如，著名的唐朝詩人李白的《望廬山瀑布》中就有“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”的佳句。可見銀河的概念是古已有之的。
銀河係是太陽係所在的恒星係統，包括1200億顆恒星和大量的星團、星雲，還有各種類型的星際氣體和星際塵埃。它的直徑約為100000多光年，中心厚度約為12000光年，總質量是太陽質量的1400億倍。銀河係是一個旋渦星係，具有旋渦結構，即有一個銀心和4個旋臂，旋臂相距4500光年。太陽位於銀河一個支臂獵戶臂上，至銀河中心的距離大約是26000光年。
20世紀初，天文學家把以銀河為表觀現象的恒星係統稱為銀河係。並應用統計視差的方法測定恒星的平均距離，結合恒星計數，得出了一個銀河係模型。在這個模型裏，太陽居中，銀河係呈圓盤狀，直徑8千秒差距，厚2千秒差距。
科學家應用造父變星的周光關係，測定球狀星團的距離，從球狀星團的分布來研究銀河係的結構和大小，得出銀河係是一個透鏡狀的恒星係統，太陽不在其中心。根據計算，銀河係直徑80千秒差距，太陽離銀心20千秒差距，這些數值太大，因此在計算距離時未計入星際消光。
20世紀20年代，銀河係自轉被發現以後，上述銀河係模型得到公認。銀河係是一個巨型棒旋星係（旋渦星係的一種），Sb型，共有4條旋臂，包含1.2千億顆恒星。銀河係整體也在做自轉，太陽處自轉速度約220千米/秒，太陽繞銀心運轉一周約2.5億年。銀河係的目視絕對星等為-20.5等，銀河係的總質量大約是我們太陽質量的1.4萬億倍，大致10倍於銀河係全部恒星質量的總和。這是銀河係中存在範圍遠遠超出明亮恒星盤的暗物質的強有力證據。關於銀河係的年齡，占主流的觀點認為，銀河係在宇宙大爆炸之後不久就誕生了，用這種方法計算出銀河係的年齡大概為145億歲，上下誤差各有20多億年。而科學界認為宇宙大爆炸大約發生於137億年前。
在銀河係裏，大多數的恒星集中在一個扁球狀的空間範圍內，扁球的形狀好像鐵餅。扁球體中間凸出的部分叫“核球”，半徑約為7千光年。核球的中部叫“銀核”，四周叫“銀盤”。在銀盤外麵有一個更大的球形，那裏星少，密度小，稱為“銀暈”，直徑為7萬光年。
銀河係有兩個伴星係：大麥哲倫星係和小麥哲倫星係。與銀河係相對的稱為河外星係。
銀河係物質約90%集中在恒星內。恒星的種類繁多，按照恒星的物理性質、化學組成、空間分布和運動特征，恒星可以分為5個星族。最年輕的極端星族Ⅰ恒星主要分布在銀盤裏的旋臂上；最年老的極端星族Ⅱ恒星則主要分布在銀暈裏。恒星常聚集成團，除大量的雙星外，銀河係裏已發現了1000多個星團。銀河係裏還有氣體和塵埃，其含量約占銀河係總質量的10%，氣體和塵埃的分布不均勻，有的聚集為星雲，有的則散布在星際空間。20世紀60年代以來，人們發現了大量的星際分子，如一氧化碳、水等。分子雲是恒星形成的主要場所。銀河係核心部分，即銀心或銀核，是一個很特別的地方。它發出很強的射電、紅外線、X射線和γ射線輻射。其性質尚不清楚，那裏可能有一個巨型黑洞，據估計其質量可能達到太陽質量的250萬倍。對於銀河係的起源和演化，知之尚少。
4.2.2 黑洞
說起黑洞，人們很容易望文生義地把它想象成一個“大黑窟窿”，其實不然。所謂黑洞，是指這樣一種天體：它的引力場非常強大，就連光也不能逃脫出來。說它“黑”，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質一旦掉進去，就不能再逃出。黑洞是“隱形”的，不可能直接觀察到，隻能以一些間接的證據來證明。
曆史上第一個意識到一個致密天體密度可以大到連光都無法逃逸的人是英國地理學家約翰·米歇爾。他在1783年寫給著名科學家亨利·卡文迪什的一封信中提出了這個想法，他認為一個和太陽同等質量的天體，如果半徑隻有3千米，那麼這個天體是不可見的，因為光無法逃離天體表麵。1796年，法國物理學家拉普拉斯曾預言：“一個質量如250個太陽，而直徑卻等於地球直徑的發光恒星，由於其引力的作用，將不允許任何光線離開它。由於這個原因，宇宙中最大的發光天體不會被我們看見。”
1971年英國天文學家林登·貝爾和馬丁·內斯曾分析了銀河係中心區的紅外觀測和其他性質，指出銀河係中心的能源應是一個黑洞，並預言如果他們的假說正確，在銀河係中心應可觀測到一個尺度很小的發出射電輻射的源，並且這種輻射的性質應與人們在地麵同步加速器中觀測到的輻射的性質一樣。3年以後，這樣的一個輻射源果然被發現了，這就是人馬座A。