直至20世纪初，人们都坚信我们所属的星系（银河系）就是整个宇宙。但实际上，宇宙中与银河系相当的大型天体集合——“星系”是无穷无尽的。而研究已经证明，这些星系又会形成更加庞大的集团。
威廉·赫歇尔推测出我们身处银河系这一巨大的天体集合，是18世纪末的事情。而直到20世纪初，绝大多数天文学家仍旧坚信“银河系就是整个宇宙”。与此同时，人们已经认识到夜空中存在着以仙女座的M31为首的“呈螺旋状的星云”，一部分天文学家意识到，这些天体并非星云（气体的集合），而是与我们的银河系相同的庞大的天体集合体。1924年，美国天文学家爱德温·哈勃根据当时最为先进的大型望远镜的观测结果，发表结论称M31是一个巨大的天体集合（星系），与其他天体相比，M31位于距离我们更为遥远的地方。爱德温·哈勃的发现使得天文学家之间的争论终于尘埃落定。
星系的平均直径为数万光年，由数亿颗到数万亿颗恒星以及气体、尘埃构成。一般而言，在星系中心会存在着质量为太阳数百万倍的超巨大黑洞，并会强烈地影响着整个星系的状态。星系内部的恒星虽然均为各自独立的天体，但从整体上来看，它们又类似于星系的组成零件或是细胞。
绝大多数星系同时还是更为庞大的“星系群”或“星系团”的一部分。望远镜直接观测到的星系团，诚如其名，就是由数十个、数百个星系构成的系统。然而，星系团内部的质量远比它看上去要大得多，其中大部分是绝对无法通过可视光、电波、X射线等电磁波观测到的“暗物质”。暗物质本身我们是无法观测到的，但是它和可见物体一样具有质量，光线在经过暗物质附近时会产生扭曲。为此，如果在星系团内部还存在其他天体的话，我们看这些天体感觉会像是隔着一个玻璃球一般，看到的是扭曲的形状。星系团内部存在着将星系包裹起来的、类似玻璃球一样的物质。
如果把观测星系团的比例尺进一步放大，我们一眼就能看出宇宙中哪里存在着星系，哪里则不存在星系。星系的分布看上去就像是无数泡沫一样聚在一起，这种形态被称为“宇宙的大尺度结构”。暗物质也是沿着大尺度结构分布的。(www.xing528.com)
为爱德温·哈勃的成就提供支持的是能够将遥远星系中的星星一颗一颗看得分明的大型望远镜。照片为爱德温·哈勃于1949年操作刚刚建成的望远镜。
提供／The Huntington Library, San Marino, California
下图为对星系的立体分布进行观测的斯隆数字巡天计划的成果。以银河系为中心进行观测，观测结果以扇形呈现。橙色较浓的部分表示星系密度较大。在扇形范围内，哪里分布着星系、哪里没有星系可谓一目了然。
提供／Sloan Digital Sky Survey
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