1.年复一年——星系的形成过程
星系的起源和演化是一个从认识到认知，再到形成理论的漫长过程，这与宇宙诞生早期的演化密切相关。一般看法认为：当宇宙从猛烈的爆发中产生时，大量的物质被抛射到空间中。形成宇宙中的“气体云”。这些气体云本身处在平衡之中，但是在某种作用下，平衡被打破了，物质聚集在一起，质量高达太阳质量的上千亿倍。这些物质团后来在运动中分裂开，并最终形成无数颗恒星。与此同时，原始的星系也就随之形成了。据估计星系形成的时间大约在一百亿年前。
星系的演化，天文学上曾经一度把星系形态的序列当成演化的序列。人们曾经提出这样的星系演化序列：星系从椭圆形开始，再逐渐发展成透镜型、旋涡型、棒旋型，最后变成不规则型；也有人认为是沿着相反的途径演化的。这种观点今天已经基本上被推翻。目前的看法认为这一过程与恒星形成的力学机理相关，但也仍然停留在假说的阶段。
你知道宇宙的年龄有多大吗？
宇宙年龄到底有多大，科学家们莫衷一是，众说纷纭。他们原先认为，大约在100亿至200亿年之间。最近几年的一些研究将这一范围进一步缩小：宇宙年龄大约140亿年。根据目前人类掌握的认识理论，物质的聚集应该形成于宇宙大爆炸后所产生的气体中，这些物质聚集后形成了形体，然后又组成了星系。按照这一发现推测：宇宙的年龄不会低于135亿年，但也不会超出这一范围太多。
法国巴黎天文台等机构的科学家利用在银河系外缘的一颗古老恒星，首次在贫金属恒星上发现铀元素谱线，这对精确推断宇宙年龄非常重要。根据铀元素的谱线，他们推算出了这颗恒星上铀元素的含量，再将它与钍元素含量进行比对。结果显示，宇宙的年龄至少有125亿年，误差不超过30亿年。
美国宇航局的天文学家利用“哈勃”太空望远镜观测到了迄今所发现的银河系中最古老的白矮星，这为确定宇宙年龄提供了一种全新的途径。这些白矮星的年龄约为120亿至130亿年。它们是宇宙中早期恒星燃尽后的产物，会随着年龄的增长而逐渐冷却，因而被视为测量宇宙年龄的理想“时钟”。它们的光线极其微弱，亮度不及人的肉眼所能看到的最暗星体的10亿分之一。
宇宙中的首批恒星，最早可能是在诞生宇宙的“大爆炸”后不到10亿年间形成的。因此，将这10亿年考虑进去，结合最新的白矮星观测结果，推算出宇宙的年龄应该为130亿年至140亿年之间，这与早先的一些结果基本相符。新结果推算出的宇宙年龄约为130亿至140亿年。
2.宇宙往事——人们对星系形成的认识
随着人们对宇宙星系的深入研究和逐步认识，星系的演化过程，现在最流行的一种观点是“宇宙大爆炸理论”，这个理论已经成形，被人们所接受。
按照宇宙大爆炸理论，第一代星系大概形成于大爆炸发生后十亿年。在宇宙诞生的最初瞬间，有一次原始能量的爆发。随着宇宙的膨胀和冷却，引力开始发挥作用，然后，幼年宇宙进入一个称为“暴涨”的短暂阶段。原始能量分布中的微小涨落随着宇宙的暴涨也从微观尺度急剧放大，从而形成了一些“沟”，星系团就是沿着这些“沟”形成的。
随着暴涨的转瞬即逝，宇宙又回复到通常的膨胀速率。在宇宙诞生后的第一秒钟，随着宇宙的持续膨胀冷却，在能量较为稠密的区域，大量质子、中子和电子从背景能量中凝聚出来。一百秒后，质子和中子开始结合成氦原子核。在不到两分钟的时间内，构成自然界的所有原子的成分就都产生出来了。大约再经过三十万年，宇宙就已冷却到氢原子核和氦原子核足以俘获电子而形成原子了。这些原子在引力作用下缓慢地聚集成巨大的纤维状的云。不久，星系就在其中形成了。
大爆炸发生过后十亿年，氢云和氦云开始在引力作用下集结成团。随着云团的成长，初生的星系即原星系开始形成。那时的宇宙较小，各个原星系之间靠得比较近，因此相互作用很强。于是，在较稀薄较大的云中凝聚出一些较小的云，而其余部分则被邻近的云所吞并。
同时，原星系由于氢和氦的不断落入而逐渐增大。原星系的质量变得越大，它们吸引的气体也就越多。一个个云团各自的运动加上它们之间的相互作用，最终使得原星系开始缓慢自转。这些云团在引力的作用下进一步坍缩，一些自转较快的云团形成了盘状，其余的大致成为椭球形。这些原始的星系在获得了足够的物质后，便在其中开始形成恒星。星系成群地聚集在一起，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。如此大尺度的星系的群集在广阔的空间呈现为球形。
关于宇宙星系数十亿年来的形成演变理论，近日出现了一个全新说法：星系事实上是由大量的低温气流相互碰撞融合而成的。这一观点与此前学界的主流观点大相径庭，但有待于科学家进一步研究论证。
以往天文界公认的星系演化理论模式认为，星系的形成在一定程度上需借助更为古老的恒星团相互碰撞、混合、吞噬。冷暗物质能吸引足够的尘埃和气体，使自身结构依层级增长，而在连续和逐级增长的过程中，少量的物质先塌缩和合并在一起，再通过吞并附近的星系不断演变，融合成越来越巨大的结构，形成宇宙中的大型星系。根据该理论，这种融合演化的过程在初始时非常缓慢，但在体积增大之后，其速度会剧增。
到目前为止，星系的演化还是一个没有解决的问题。
你知道宇宙演化的三个阶段吗？
科学家们通过多年对宇宙的探测和研究发现，宇宙在漫长的演化过程中经历了三个重要阶段。
第一个阶段：是宇宙的极早期“太初第一秒”。这个阶段的时间特别短，短到以秒来计。宇宙处于一种极高温、高密的状态，除氢核——质子外，没有任何别的化学元素，只由质子、中子、电子、光子等基本粒子混合而成。随着宇宙迅速膨胀，温度急速下降。
第二个阶段：大约经历了数千年，是化学元素形成阶段。此时宇宙间的物质主要是氦、氢等比较轻的原子核和质子、电子、光子等，光辐射很强，但没有星体存在。整个宇宙体系不断膨胀，温度很快下降。
第三个阶段：是宇宙形成的主体阶段，至今我们仍生活在这一阶段中。宇宙继续膨胀，温度不断降低。宇宙先后形成了各级天体：宇宙间的气态物质逐渐凝聚成星云，并逐渐演化成星系、恒星和行星，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天所看到的五彩缤纷的星空世界。
3.开天辟地——宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸理论是认识星系的基本天体知识。
人类对于宇宙的认识是随着人类文明的进步和科学技术的发展而逐步加深的，并开始科学地探讨宇宙的起源。20世纪初期，科学家提出了“宇宙大爆炸理论”。
提出并完善这一理论的代表人物是伽莫夫和霍金。大爆炸理论的主要观点是：我们的宇宙有开端，是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。很久很久以前，宇宙还是一个质量非常大但体积非常小的点。突然这个点爆炸了，中子、质子、电子产生了。这时的温度高达100亿度以上。随着这个点的迅速膨胀，其温度也逐渐降低，这些基本粒子就形成了各种元素，这些物质微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块；这些团块又逐渐演化成星系、恒星、行星，在个别的天体上还出现了生命现象，形成了宇宙。时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生。这就是目前有关宇宙历史最可能的一种解释。最初那次爆发就被称为“宇宙大爆炸”，这一关于宇宙起源的理论就形成了“宇宙大爆炸理论”。
宇宙大爆炸理论在它诞生前后得到了一系列天文观测事实的支持，是有实际依据的。星系红移、微波背景辐射、宇宙元素的丰度、宇宙的年龄等都是大爆炸理论的重要证据，尤其星系红移就是宇宙膨胀的反映；微波背景辐射就是宇宙大爆炸高温的直接遗迹。这些观测事实都使宇宙大爆炸理论越来越受到世人的关注。
你知道伽莫夫和霍金吗？
1.伽莫夫
美籍苏联物理学家。1904年3月4日生于俄国敖德萨，1928年获列宁格勒大学博士学位后去西欧，在丹麦哥本哈根大学理论物理研究所及英国剑桥大学卡文迪什实验室（师从著名物理学家玻尔和卢瑟福），以及列宁格勒大学、巴黎居里研究所、密执安大学、华盛顿大学、加利福尼亚大学伯克利分校、科罗拉多大学从事研究和教学工作。
1934年伽莫夫移居美国，任乔治华盛顿大学教授。1956年任科罗拉多大学教授。直至1968年8月20日逝世于美国科罗拉多州的博尔德。
伽莫夫在许多科学领域都作出重大贡献。在原子核物理方面，1928年他提出“a衰变”理论；1936年他提出了“β”衰变的“伽莫夫特勒选择定则”。在宇宙论中，1948年后他与勒梅特一起最早提出了天体物理学的“大爆炸”理论，指出宇宙起源于原始的热核爆炸，化学元素依次产生于大爆炸后的中子俘获过程。在生物学方面，提出遗传密码的概念，对此后遗传理论的迅速发展起了很大促进作用。
2.霍金
霍金是当今世界最富盛名的科学家，也是当代最重要的广义相对论和宇宙论家，被称为在世的最伟大的科学家，还被人们称为“宇宙之王”。
1942年他出生于英国牛津。1959年，17岁的霍金入读牛津大学的大学学院攻读自然科学，随后转读剑桥大学研究宇宙学。1963年他被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症，即运动神经病，当时医生诊断他只能活两年，他虽然活下来了，但在往后数十年逐渐全身瘫痪并失去了说话能力。
20世纪70年代他与彭罗斯一起证明了著名的奇性定理，为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。他因此被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。他还证明了黑洞的面积定理，即随着时间的增加，黑洞的面积不减。这很自然使人将黑洞的面积和热力学的熵联系在一起。1973年，他考虑黑洞附近的量子效应，发现黑洞会像黑体一样发出辐射，辐射的温度和黑洞质量成反比；这样黑洞就会因为辐射而慢慢变小，而温度却越变越高，它以最后一刻的爆炸而告终。这就是著名的“黑洞理论”，为今后人们研究宇宙和星系开辟了新的广阔空间。
