1911年,E.赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图；1913年,H.N.罗素则绘出了恒星的光谱-光度图,即赫罗图.罗素在获得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始,先收缩进入主序,后沿主序下滑,最终成为红矮星的恒星演化学说.1924年 ,A.S.爱丁顿提出了恒星的质光关系；1937～1939年,C.F.魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能源来自于氢聚变为氦的原子核反应.这两个发现导致了罗素理论被否定,并导致了科学的恒星演化理论的诞生.对于星系起源的研究,起步较迟,目前普遍认为,它是我们的宇宙开始形成的后期由原星系演化而来的.
1917年,A.阿尔伯特·爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静态、有限、无界”的宇宙模型,奠定了现代宇宙学的基础.1922年,G.D.弗里德曼发现,根据阿尔伯特·爱因斯坦的场方程,宇宙不一定是静态的,它可以是膨胀的,也可以是振荡的.前者对应于开放的宇宙,后者对应于闭合的宇宙.1927年,G.勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型.1929年 哈勃发现了星系红移与它的距离成正比,建立了著名的哈勃定律.这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持.20世纪中叶,G.伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型,他们还预言,根据这一模型,应能观测到宇宙空间目前残存着温度很低的背景辐射.1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言.从此,许多人把大爆炸宇宙模型看成标准宇宙模型.1980年,美国的古斯在热大爆炸宇宙模型的 基础上又进一步提出了暴涨宇宙模型.这一模型可以解释目前已知的大多数重要观测事实.
宇宙图景 当代天文学的研究成果表明,宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统.
层次结构 行星是最基本的天体系统.太阳系中共有八大行星：水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星.除水星和金星外,其他行星都有卫星绕其运转,地球有一个卫星 月球,土星的卫星最多,已确认的有17颗.行星 小行星 彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转,构成太阳系.太阳占太阳系总质量的99.86％,其直径约140万千米,最大的行星木星的直径约14万千米.太阳系的大小约120亿千米.有证据表明,太阳系外也存在其他行星系统.2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系.银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内,从侧面看很像一个“铁饼”,正面看去?则呈旋涡状.银河系的直径约10万光年,太阳位于银河系的一个旋臂中,距银心约3万光年.银河系外还有许多类似的天体系统,称为河外星系,常简称星系.现已观测到大约有10亿个.星系也聚集成大大小小的集团,叫星系团.平均而言,每个星系团约有百余个星系,直径达上千万光年.现已发现上万个星系团.包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群.若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团.超星系团往往具有扁长的外形,其长径可达数亿光年.通常超星系团内只含有几个星系团,只有少数超星系团拥有几十个星系团.本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团.目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间,它称为总星系.
多样性 天体千差万别,宇宙物质千姿百态.太阳系天体中,水星、金星表面温度约达700K,遥远的冥王星向日面的温度最高时也只有50K；金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾,气压约50个大气压,水星、火星表面大气却极其稀薄,水星的大气压甚至小于2×10-9毫巴；类地行星(水星、金星、火星)都有一个固体表面,类木行星却是一个流体行星；土星的平均密度为0.70克／厘米3,比水的密度还小,木星、天王星、海王星的平均密 度略大于水的密度,而水星、金星、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上；多数行星都是顺向自转,而金星是逆向自转；地球表面生机盎然,其他行星则是空寂荒凉的世界.
太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星.已经发现,有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍.中子星直径只有太阳的几万分之一；超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍,白矮星光度却不到太阳的几十万分之一.红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一,而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍.太阳的表面温度约为6000K,O型星表面温度达30000K,而红外星的表面温度只有约600K.太阳的普遍磁场强度平均为1×10-4特斯拉,有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯（1高斯＝10-4特斯拉）,而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯.有些恒星光度基本不变,有些恒星光度在不断变化,称变星.有的变星光度变化是有周期的,周期从1小时到几百天不等.有些变星的光度变化是突发性的,其中变化最剧烈的是新星和超新星,在几天内,其光度可增加几万倍甚至上亿倍.
恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星,它们可能占恒星总数的1／3.也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团.宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外,还以弥漫的形式形成星际物质.星际物质包括星际气体和尘埃,平均每立方厘米只有一个原子,其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云.宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外,还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源.
星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型.60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体,统称为活动星系,其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体,以及类星体等等.许多星系核有规模巨大的活动：速度达几千千米／秒的气流,总能量达1055焦耳的能量输出,规模巨大的物质和粒子抛射,强烈的光变等等.在宇宙中有种种极端物理状态：超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等.为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境.
运动和发展 宇宙天体处于永恒的运动和发展之中,天体的运动形式多种多样,例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等.月球一方面自转一方面围绕地球运转,同时又跟随地球一起围绕太阳运转.太阳一方面自转,一方面又向着武仙座方向以20千米／秒的速度运动,同时又带着整个太阳系以250千米／秒的速度绕银河系中心运转,运转一周约需2.2亿年.银河系也在自转,同时也有相对于邻近的星系的运动.本超星系团也可能在膨胀和自转.总星系也在膨胀.
