不过，并非天上的一切发光体都属于银河系。对于天穹上的某个光点，要想辨别它是银河系内的恒星还是银河系外的另一个星系，只有测定它的距离。实际上，虽然天穹上的大多数光点都是银河系的恒星，但与银河系类似的巨大恒星集团也有很多，以前曾被误认为是星云，现在它们称为河外星系。现在，人类已经知道存在的星系有1000亿个以上，比如著名的仙女星系、大小麦哲伦星云等，就是肉眼可见的河外星系。
星系的普遍存在说明它是宇宙结构中的某一层次，从宇宙演化来看，这个层次比恒星更基本。质量很小的星系因为太暗而不易被看到，一般小星系的质量可低达106M⊙，星系的典型尺度为几十千秒差距。
20世纪60年代以来，天文学家还找到一种在银河系以外的天体——类星体，它像恒星一样表现为一个光点，但实际上它的光度和质量又和星系一样，现在已发现了数千个这种天体。
大尺度结构
就我们关心的可观测宇宙而言，所谓“大尺度”，就是大量星系的红移所揭示的宇宙可见物质总体分布中大于100百万秒差距。在这些尺度上宇宙最具特色的性质是可见物质分布在薄膜和纤维（巨大空穴周围）中，看上去就像大量彼此交错的泡——宇宙在最大尺度上显现为多泡沫结构。虽然薄膜和纤维只占大约2％的可见宇宙体积，但它们实质上包含了全部可见物质。这些结构中最大的一个叫做巨壁（又称长城），离我们不到100百万秒差距，它是一个膜，由星系团和超星系团组成，所占区域有225百万秒差距长，80百万秒差距宽，但厚度只有10百万秒差距。
宇宙的总密度十分接近平坦时空所要求的临界值，因为宇宙的这种多泡沫外观与其他因素一样。计算机模拟表明，如果宇宙中有大量暗物质，并且只有在总密度达到峰值水平的地域明亮星系才能形成，那么明亮星系的分布非常类似于实际宇宙中的分布。
从演化理论上来说，尺度大到一定程度，就不应再存在结构。这是否符合实际以及这尺度多大，都是十分重要并需要通过大尺度观测来回答的问题。现今人类热烈争论中的焦点，是宇宙在50Mpc以上是否还存在显著的结构现象。
总之，如果把星系看成宇宙物质的基本单元，那么星系的分布状况就是宇宙结构的表现。现在看来我们对宇宙结构面貌的基本认识，就是直至50Mpc的尺度为止，星系的分布呈现有层次的结构。
延伸阅读——宇宙结构的疑团
宇宙是由什么组成的？你可能马上会说就是由那些亮晶晶的星星组成的。但在最近几十年中，科学家越来越发现这个答案是不正确的。天文学家认为，宇宙总质量中只有不到5％的物质是组成宇宙的恒星、行星、星系，以及还有我们不知道的物质，或叫普通物质。另外25％可能是暗物质，由尚未发现的粒子组成。而剩下的70％，天文学家认为，可能是暗能量（让宇宙加速膨胀的力量）。科学家正在用加速器和望远镜寻找暗物质和暗能量的本质。这些问题的答案，如果找到了，其意义肯定是宇宙级的。
不断膨胀的宇宙
中国古代就有“盘古开天”的神话故事，而古代西方国家也有上帝创造世界的传说，这些都是人们关于宇宙诞生的想象。虽然没有任何依据，但也表达了人们对神秘宇宙的极大兴趣。
在科学界，科学家们把观测所及的宇宙称为“我们的宇宙”。然而科学家们通过多年的观测，发现了一个惊人的情况：我们的宇宙正在不断地膨胀。
哈勃定律
早在1912～1917年期间，美国天文学家斯莱弗就用口径60厘米的望远镜在洛韦尔天文台观测天体。意外的是，他发现除了仙女座大星云和另一个星系正向我们奔来之外，他所研究的15个星系中，有13个星系都在离我们远去，因为这13个星系的光谱中都发现了红移。这些星系退行的速度可达600多千米/每秒。
几年后，通过2.5米口径的望远镜观测天体，哈勃也证明了许多星云属于银河系以外的天体系统。在这之后的1929年，哈勃又发现了“哈勃定律”，该定律一经提出即震惊了世界，并迅速为世人所熟知。
“哈勃定律”是验证宇宙膨胀工作的开始阶段，其涉及到的星系数目、视向速度和距离都很有限，因此核实“哈勃定律”还需要进行进一步的观测工作。于是哈勃与他的同事们密切合作，开始了深入的研究观测。哈勃与他的同事在1931年联名发表了一篇文章，这篇文章使观测资料得到扩充，并进一步证明了“哈勃定律”。
然而，人们对于“哈勃定律”的含义及星系都在退行的问题一直存在困惑。退行速度随星系变远而加快，这一奇怪现象也让科学家们难以理解。不过，通过回顾历史和对爱因斯坦相对论的认真分析，宇宙学家终于找到了问题的答案。
加速宇宙膨胀的“神秘物质”
人们注意到，早在1917年，荷兰天文学家德西特就证明了推论，该推论是由爱因斯坦在1915年发表的广义相对论得出的，即宇宙的某种基本结构可能正在膨胀，并且有着恒定的膨胀速率。
科学家认为，宇宙起源于一次137亿年前之间的难以置信的大爆炸。这是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙边缘的光要花120～150亿年的时间才能到达地球。大爆炸散发的物质在太空中漂游（由许多恒星组成的巨大星系就是由这些物质构成）。人们原本认为宇宙会因引力而不再膨胀，但科学家已经发现了宇宙中有一种会产生斥力的“暗能量”，可以加速宇宙的膨胀。
大爆炸后的膨胀过程源于一种引力与斥力之争，爆炸后产生的动力使宇宙中的天体不断远离，是一种斥力；而天体间又存在着阻止天体远离甚至力图使其互相靠近的万有引力，引力的大小与天体的质量有关。因此，宇宙中物质密度的大小决定了大爆炸后的宇宙最终是不断膨胀，还是会停止膨胀并反过来收缩变小。如果宇宙中物质的平均密度比临界密度小，宇宙就会持续膨胀下去，称为开宇宙；如果物质的平均密度比临界密度大，膨胀过程迟早会停下来，并随之出现收缩，称为闭宇宙。
问题似乎变得简单了，但实则不然。理论临界密度经科学家计算后为5×10－30克/厘米3，但实际上并不容易测定宇宙中物质平均密度。星系间存在广袤的星系间空间，如果把目前所观测到的全部发光物质的质量在整个宇宙空间平摊开来，那么平均密度就只有2×10－31克/厘米3，这要远远低于上述临界密度。
然而又有种种证据表明，宇宙中还存在着所谓的“暗物质”尚未观测到，它们可能要远远超过可见物质的数量，这给测定平均密度又带来了许多不确定性。因此，在宇宙的平均密度是否真的小于临界密度的问题上，仍然存在争议。不过就目前来看，开宇宙的可能性更大一些。
对闭宇宙的想象
闭宇宙的结局又如何呢？在闭宇宙中，宇宙平均密度的大小决定了膨胀过程的结束时间早晚。如果平均密度是临界密度的两倍，根据一种简单的理论模型，那么经过400～500亿年后，即当宇宙半径扩大到目前的两倍左右时，引力开始占优势，膨胀则会停止，而宇宙接下来便开始收缩。宇宙收缩几百亿年后，其平均密度又大致回到目前的状态，不过向地球接近的运动将取代原来星系远离地球的退行运动。再过几十亿年，宇宙背景辐射会上升到400开以至更高，于是宇宙变得炽热而稠密，收缩的速度也越来越快。
星系在收缩过程中也会彼此并合，恒星间频繁碰撞。一旦宇宙温度上升到4000开，电子就会从原子中游离出来；达到几百万度的温度时，所有中子和质子从原子核中挣脱出来。很快，宇宙就进入了下个阶段——“大暴缩”，一切物质和辐射被极其迅速地吞进一个区域（密度无限高、空间无限小），回复到大爆炸发生时的状态。
当然，这些缺乏必要的科学证据，目前还都是想象。至于宇宙究竟是膨胀还是收缩，还有待于科学家们的继续研究探索。
延伸阅读——“宇宙岛”之争
1917年，美国威尔逊山天文台的里奇等人，在旋涡星云NGC6949的一张照片上发现了一颗新星。他们在随后的两个月中查对了该照相底片，找到了11颗新星，同时柯蒂斯也参与了新星的搜寻工作。他们在NGC4527和NGC4321等星云中发现了不少新星。柯蒂斯认为，新星的出现正是这些旋涡状星云实际上是恒星系统而不是气体云的证明。另外，这些新星极其暗弱，所以他认为星云应该是银河系以外的天体，极其遥远。
1920年4月26日，在美国科学院，由当时的威尔逊山天文台台长海耳发起召开了“宇宙的尺度”辩论会。会上，沙普利和柯蒂斯代表对立的双方展开了激烈的辩论，但双方都未能以充足的理由说服对方，最后不了了之。
从辩论中，美国天文学家哈勃感到大家并不十分了解这些爆发的性质，无法说清，而造父变星测距这把量天尺更为可靠。他在1923～1924年用照相的方法在仙女座大星云中找到了不少造父变星，并且对它们的光变周期和视星等进行了测量，定出了仙女座大星云的距离，证明它是在银河系之外。哈勃的测量结果为大多数天文学家所接受，河外星系确实是存在的。后来，这个结论在更多的研究中不断充实，人们对宇宙的认识也从此登上了一个新台阶。
宇宙反物质之谜
我们知道，世界是由物质组成的。但是，如今科学家却提出了一个“反物质”的概念，对传统观点提出了挑战。
那么究竟什么是反物质？宇宙中真的存在反物质吗？
什么是反物质
众所周知，实际是由物质构成的，而物质是由原子构成的，原子核位于原子的中心。原子核由质子和中子组成，带负电荷的电子围绕原子核旋转。原子核里的质子带正电荷，电子与质子所携带电量相等，一正一负。质子的质量是电子质量的1840倍，在质量上它们形成了强烈的不对称性。这引起了科学家的关注，因此在20世纪初一些科学家就认为二者相差悬殊，因而应存在另外一种粒子电量相当而符号相反，如存在一个同质子质量相等但携带负电荷的粒子和另一个同电子质量相等但携带正电荷的粒子，而这就是“反物质”概念的最初观点。
1928年，根据狭义相对论和量子力学原理，英国青年物理学家狄拉克提出一个设想：在自然界中，除了存在着带负电的电子，还存在着一种正电子，它与电子一样但能量与电荷都为正，这种电子可称为电子的“反粒子”。他认为，一旦物质和反物质相遇，就会互相吸引，并发生碰撞而“湮灭”，各自的质量也消失，并能释放出大量的能量，这些能量的出现是以伽玛射线的形式，所以在我们周围的物质世界中，没有天然的反物质存在。
狄拉克的这一设想在科学界产生了很大的震动，科学家们认为这种设想极有道理，因而他们极力寻找和制造反物质。
对反物质的不断探索
1932年，美国物理学家安德森研究了一种来自遥远太空的宇宙射线。在研究过程中，他意外地发现了一种质量和电量都与电子完全相同的粒子，不过在磁场中弯曲时，其方向与电子相反，也就是说它是正电子。这一发现论证了狄拉克的设想，并极大地激发了人们的研究热情。
1955年，利用高能质子同步加速器，美国的钱伯林和西格雷两位科学家发现了反质子。1957年，西格雷等人又观察到了反中子。
1978年8月，欧洲的一些物理学家成功地将300个反质子分离了85小时，并成功地储存了这些反质子。1979年，美国科学家也进行了一个实验，把一个有60层楼高的巨大氦气球放到高空，在离地面35千米的高度上，气球飞行了8个小时，捕获了28个反质子。
关于反质子的发现层出不穷，这些发现不断激发着人们的热情。反中子和中子一样，都不带电，但它们在磁性上存在差别。中子具有磁性且不断旋转，反中子也不断旋转，但有着与中子相反的旋转方向。按照这个线索，物理学家们继续寻找，结果发现了一大群新奇的粒子。到目前为止，已经有300多种基本粒子被发现，这些基本粒子都是正反成对存在的。换句话说，任何粒子都可能存在着反粒子。
这样在理论上，用人工的方法把反质子、反中子和正电子组成反物质原子这一设想就是成立的。
1996年1月，欧洲核研究中心宣告，利用该中心的设备，德国物理学家奥勒特等成功合成了第一类人工制造的反原子，即11个反氢原子。由于这一科研成果意义重大，欧洲核研究中心专门开会庆祝反原子的人工合成。物理学家们预言，对技术进行进一步的改进后，大量生产反物质原子的设想将成为可能。
反物质究竟有没有
对于在自然界中究竟存不存在反物质的问题，大家观点各异。从前的理论认为，在宇宙中，正物质和反物质是对称的、同样多的。虽然在地球上反物质只能出现在实验室里，且时间短暂，但在茫茫宇宙中的某些部分却有可能存在一些由反物质构成的星系。而相反，那些星体上却很少存在正物质。除了在电磁性质上相反，物质与反物质的其它方面均相同，那么在宇宙总磁场影响下，它们会各自向宇宙相反方向集中，分别形成星系与反星系。