整个宇宙并不只有银河系。在麦哲伦星云中李维特发现了“造父变星”的变化，并找到了一个可以用来证明银河系的真正大小和展现整个银河系的标准。从麦哲伦星云的“造父变星”的变化中我们可以得出大麦哲伦星云离我们有16万光年的距离，小麦哲伦星云离我们有20万光年的距离。当然麦哲伦星云可以被看作银河系的卫星，就像月亮是地球的卫星、行星是太阳的卫星一样。换句话说，我们可以把麦哲伦星云看作银河系外的边缘部分。
在银河系外还有其他物质吗？有一个关于仙女座的猜测还没有被证实。仙女座星云看起来是一个模糊的星星，它是肉眼能看到的可见星云中的第四大星云。德国天文学家西蒙·马瑞斯在1612年第一次通过望远镜看到了仙女座，马歇尔把它列入不是彗星的模糊星云的表中，它在名单上列第31位，所以仙女座有时也叫“M31”。
虽然仙女座星云看起来像一团旋涡气体，在形成过程中可能是一个恒星和行星系统，但拉普拉斯利用仙女座星云的灵感推算出了他的星云假说。伊曼内尔·肯特在1755年继续研究了这一假设并产生了一个不同的想法。他认为像仙女座这样的物体是遥远的恒星体系，并把它们叫作宇宙岛。事实正像他所想的那样，他是正确的，但他的想法却被忽略掉了。
仙女座星云看上去是旋涡状的。在1845年和1850年之间，洛德·罗斯（命名白蟹座的人）观察了十多个同样旋涡状的其他星云。事实上，有些星云看起来像风车或旋涡。在莫森表上有一种M51星，它的表面有明显的旋涡，所以被叫做旋涡星云。
这些旋涡状的星云又叫螺旋星云。仙女座就是其中之一，但由于它太远以至于看不清螺旋状的特征。在1990年以前可以看见1.3万种螺旋星云，它们是否都是银河系中代表行星系统形成过程的物体，这是值得争论的（后来发现银河系本身就有螺旋结构，但这在1900年时还不知道）。
在此以前，人们就一直在研究天体光谱，在1864年威廉·哈金斯得到了猎户座的光谱，为暗色背景下的亮条纹。
另外，在1899年首次得到的仙女座星云光谱正是科学家想要从恒星中获得的光谱。也许仙女座是一团恒星。可它要比银河和麦哲伦星云远很多，所以很难分辨出它上面有没有恒星。如果有，那么它一定是离我们星系很远的螺旋状星云，所以说宇宙比我们的银河系大得多。
怎么解释这些问题呢？如果仙女座上的恒星太远以至于无法看见（假设它由恒星组成），那么比普通恒星亮的星星是什么呢？是新星吗？
新星出现在“仙女座”
1885年，新星出现在仙女座中，它被叫作仙女座S。它非常亮，用肉眼就可以看见，但是这并没有表明它真的就是仙女座的一部分，或许它只是仙女座星云方向上形成的一颗新星，在仙女座前面发光，而与仙女座没有任何关系。
美国天文学家赫伯·窦斯特·科蒂斯进行了有关新星研究所需的工作。通过仔细研究，他在仙女座星云中找到了大量新星的小火花。这里有这么多的新星以至于有理由相信，新星几乎不可能出现在与星云不同方向的地方，天空或没有其他同样大小的区域在短时间内会产生这么多的新星，所以看起来在仙女座上的新星确实就在仙女座星云上。
另外，大多数仙女座上的新星微弱得几乎看不见，它们比那些在银河系上的新星要弱。仙女座新星看起来很微弱，所以它可能离我们很远，在我们的银河系外（那么为什么仙女座S这么亮呢？科学家指出它不是一颗普通的新星，而是一颗超新星）。
科蒂斯在1918年发表的这一观点震动了天文学领域，但这个观点没有人相信。在1920年，科蒂斯和夏普列（确定银河系大小的人）就星云是否属于银河系这一问题展开了激烈的讨论，夏普列坚决反对科蒂斯的观点。这次争辩没有结果，但是随着时间的流逝，事实变得越来越明显——科蒂斯是完全正确的。
银河系旋臂之谜
星系分为四类，其中不规则星系占3%，椭圆星系占17%，旋涡和棒旋星系占80%。银河系属旋涡星系中的第二类。
20世纪30年代，人们开始破解银河系结构之谜。40年代，荷兰科学家赫尔斯特认为冷氢能发出一种射电辐射。当时德国占领着荷兰，科研陷于停顿。到1951年，探测这种辐射的工作由美国天文学家尤恩和珀塞尔完成。
这项探测工作非常重要，于是在测定氢云的分布和运动的基础上，揭示了银河系的螺旋结构，进而发现许多河外星系也是螺旋结构。
到现在为止，人们已发现银河系有四条对称的旋臂，即靠近银心方向的人马座主旋臂猎户座旋臂和英仙座旋臂，太阳就位于猎户座臂的内侧。20世纪70年代期间，人们探测银河系一氧化碳分子的分布，又发现了第四条旋臂，它跨越狐狸座和天鹅座。1976年，两位法国天文学家绘制出这四条旋臂在银河系中的位置，这是迄今最好的银河系旋涡结构图像。
为什么银河系会存在旋涡结构呢？一般认为是由于银河系的自转。20世纪20年代，荷兰天文学家奥尔特认为，恒星围绕银心旋转就像行星围绕太阳一样，并且距银心近的恒星运动得快，距离远的运动得慢。他算出太阳绕银心的公转速度为每秒220千米，绕银心一周要花2.5亿年。
为什么会存在旋臂构造呢？按说，这些旋臂随银河系运转应越缠越紧。太阳绕银心已转了约20周了，应缠得很紧了，看不到旋臂了。为此，1942年，瑞典天文学家林德布拉德提出“密度波”概念。1964年，美籍华裔科学家林家翘发表了系统的密度波理论，初步解释了旋臂的稳定性。
1982年，美国天文学家贾纳斯和艾德勒完成对银河系434个银河星图的图表绘制，说明了每个星团的距离和年龄。他们发现，银河系并没有旋涡结构，而只是一小段一小段的零散旋臂，旋涡只是一种“幻影”，这是因为银河系各处产生的恒星总是沿银河系旋转方向形成一种“串珠”。而不断产生的新恒星连续地显现着旋涡的幻影。
这的确是一次严重的挑战，至今还难于回答银河系究竟有没有旋涡结构，是大尺度连续的双臂或四臂结构，还是零散的局部旋臂。
“银河气弧”之谜
美国天文学家卖里斯等人利用国家天文台的巨大天线阵，观察到银河系中心有一道由星际圆盘延伸而出的巨型气弧，它“颇为壮观”，“与银河系圆盘几乎垂直”。我们就称之为“银河气弧”吧。
这个特大尺寸的气弧的长度估计在150光年以上，它放射出强烈的无线电波。观察发现，气弧是由长条丝状体组成，它们像绳索一样，能随意扭转。这道气弧的存在，似乎暗示着一个磁场，正从圆盘伸展出来。虽然该磁场也具有南北磁极，但并非对称分布。好多国家的天文台在介绍天体奥秘时都谈到银河气弧，并且有形象的录像播放。那么银河中心的这种“偶极磁场”对于星球的形成究竟会产生什么作用呢？天文学界对“银河气弧”正进行着探讨和研究。
太空生活
到太空移民去
宇宙深邃，太空浩渺，令人神往。古今中外，人世间多少神话故事、科学幻想，期望有一天人类能“上九天揽月”，移居到那美妙的“天上人间”。
自1957年苏联发射第一颗人造卫星以来，人类先后向太空成功发射了各种卫星、飞船探测器，并顺利地登上了月球。科学家们预计，人类移民太空已为期不远了。
航天先驱齐科夫斯基和戈达德都提出过太空移民的设想。20世纪30年代，西方社会普遍出现经济大萧条。这使一些人从离开地球的角度考虑人类的前途和命运。英国有科学家设想，为了摆脱危机，人类可以乘坐巨大的太空“诺亚方舟”
离开地球，到宇宙空间去找出路。此后，又出现了许多建造太空城和进行星际大移民的设想。
提出建造太空城和实现太空移民的想法
1969年，美国普林斯顿大学教授杰拉德·奥尼尔认为，地球已经到了承受人类发展的极限。要永久性地解决生态、资源、人口等问题，最好的办法是在太空中建造一个个太空城，逐步把人类都移居到地球周围的太空城中，让地球长时间按自然力的作用进行重新改造，恢复几百年甚至上千年后，地球会在没有人干预的情况下，轻装上阵，变得更加生机勃勃、动物成群、绿树成荫、风调雨顺、风和日丽、万象更新。如果有必要人类还可以重返地球。
奥尼尔设想的太空城由一对圆筒组成。太空城内壁上建有适于植物生长的自然环境，上面种植百草花木，有给水装置、河流和湖泊。除了这些人工自然环境外，太空城内还有道路、居住区、娱乐区、商业区、工作区等。太空城外有太阳光反射板，用计算机控制进入太空城内的光量，人工创造白天、黑夜以及四季交替。太空城一端有大型太阳能发电站，另一端是航天飞机或宇宙飞船停泊的舱口。奥尼尔制定了四种未来太空城设计模型。最小的长1000米，直径200米，可供10000人居住。最大的长32千米，直径6.4千米，可供2000万人居住。
这种“天上的街市”能实现吗？许多专家认为，困难的是如何筹集巨额资金和改变人的观念。只要经济情况允许，发达国家愿意作出努力。建造太空城、进行太空移民并不存在很大的技术问题。地球面临的问题总要解决，逃离地球、移民太空的设想听起来有些悲观，但仍不失为解决人类困境的途径之一。
太空港
21世纪初，人类将在近地轨道、围绕月球和火星轨道，以及在地—月系统中的自由点上陆续建成空间港，作为空间客运的转运站。其间将有巡天飞船常年巡回飞行，又有转运飞船像驳船一样在空间港与巡天飞船之间接货物和人员。当近地空间港和火星空间港建成后，便形成一个完整的航天运输网络。人类如要长期地在月球、火星和空间港上工作、生活、定居，必须不依赖于地球而开发完全能自给自足的生物圈，并建成初期前哨站和基地，形成开发太阳系的完整系统。
太空桥
21世纪，人类将进一步发展空间技术，开辟通天路，架设星际桥，实现开拓天疆的伟大理想。通过降低将有效载荷运输到轨道上的费用，把载人和载货的任务分开。运货仍采用大型运载火箭；载人则采用有翼天地往返运输系统，使其全部能重复使用。其中，人们将要创造出具有多种优良性能如应急、机动性良好的空天飞机，可以水平起飞、水平降落。设计方案有X—30试验机（“东方快车”）、霍托尔、森格尔等。
太空发电厂
一些国家正在酝酿一项解决地球能源危机的计划——建造太空发电厂。太空发电厂由两部分组成：太空部分——太阳能发电卫星，地面部分——接收电站。
用火箭将太阳能发电卫星发射到空间轨道上，发电卫星在太空将太阳能转化成电能，通过微波传送到地面接收电站，再向用户供电。
太阳是个巨大的能源库，太阳辐射发出巨大的能量。由于地球有层“厚厚的外衣”，射向地球的太阳能大部分被吸收掉了。因此只有把发电卫星发射到空气稀薄的外层空间轨道上去，才能充分地将太阳能转化为电能。
1992年，日本宇宙科学研究所制造了一颗小型太阳能发电卫星，其外形为三角柱形，设计输出功率为1万千瓦，卫星轨道高度为1000千米。发电卫星上安装有送电天线和由非晶硅组成的板状太阳能电池阵，每两小时绕地球一周。当卫星运行接近地面接收天线时，立即发射频率为2450兆赫的微波，并把微波集成一股射向地面接收天线。
据美国国防部防卫尖端技术研究计划局新近透露，美国打算向空间发射5—16座100千瓦级的小型核电站，并进一步研制供给宇宙基地能源的大型核电站。
太空加油站
美国伊利诺伊大学核工程学专家预测，今后在太空飞行的航天器将可以在月球和木星上的聚变燃料加油站灌满油箱。因为聚变能不仅作为太空飞行器的动力，而且也可作为轨道航天器站的动力。木星和月球上有大量可用于核聚变的元素，如氘和氦。月球上将建造第一个加油站，为航天器飞往火星途中“接力”。
太空工厂
人类在太空建造永久性建筑日益成为可能，太空工厂将列入第一批太空建筑。由于脱离了重力约束，在高度真空的特殊条件下，太空工厂将成为制造某些地球上不能制造的稀有产品的理想场所。由航天飞机把原料送往太空工厂，或者利用太阳系各行星中的资源，制造加工成所需的产品后再运回地球。因为太空不存在冷热对流、浓淡、沉淀等现象，所以太空工厂制造的药品比在地面上制造的纯度至少高5倍，制药的速度快400倍。
太空农场
美、日、欧在21世纪的太空计划中，将“植物在密封太空舱内进行长期实验”列为重点研究项目，并正在设计太空农场。科学家认为，太空农场可能建成球冠状，利用其外面可以转动的反射镜调节室内温度，从而使植物处于像地球上的生长环境一样。
科学家对从月球上取回的土壤进行了分析，认为只要略加改造即可用来作为太空农场种植庄稼的土壤。同时，还可用来提取氧气和合成水分，以供“太空人”生活之需。
太空农场种植庄稼，无需除草和喷洒农药，所以没有污染，生产出的蔬菜和水果非常洁净。另外，太空农场全部是自动化作业，只需在“控制室”操纵按钮，即可对作物进行全面管理。
俄罗斯的“和平”号空间站上有一个太空温室，面积约为900平方厘米，播种了数十粒不同品种小麦的“太空种子”。在太空失重条件下，播种的小麦可望在70—90天后成熟。在这个封闭的太空温室内，松土、浇灌等所有农活均是在宇航员控制下由机器人自动操作完成的。
太空宾馆
21世纪，太空将会成为人类的又一旅游胜地。日本清水公司与美国贝尔和特罗蒂公司的专家设计了一种太空宾馆，它将处于地球上空450千米的高度，形状犹如直径140米的大型游艺场，房间可供大约100名旅游者住宿。为避免太空旅游者因失重而产生不舒服的感觉，太空宾馆将每分钟自转3圈，从而产生类似地球的引力。美国航天专家认为，由于宇宙航行非常安全，参加旅游的人不一定要有运动员那样的体魄，只要经过一般的体格检查，体能达到一定状况就可以了。人们完全可以期待有朝一日可以像出差到外地一样收拾简单的行装，穿上宇宙服，搭乘航天飞机到太空遨游，入住太空宾馆。
太空生态实验舱