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最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪，毕达哥拉斯从美学观念出发，认为一切立体图形中最美的是球形，主张天体和大地都是近似球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承，被17世纪初麦哲伦的环球航行所证实。
地心说、日心说和万有引力定律
公元2世纪，C.托勒密提出了世界上第一个行星体系模型地心说。地球处于宇宙中心。从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。为了说明行星运动的不均匀性，提出行星在本轮上绕其中心转动，而本轮中心则沿均轮绕地球转动。
1543年，N.哥白尼所著《天球运行论》正式提出了“日心说”观点，认为太阳是行星系统的中心，一切行星都绕太阳旋转。地球也是一颗行星，它上面像陀螺一样自转，一面又和其他行星一样围绕太阳转动。在中世纪的欧洲，托勒密的地心说由于符合神权统治理论的需要，一直占有统治地位。为了捍卫日心说，不少仁人志士与黑暗的神权统治势力进行了前仆后继的斗争，付出了血的代价。
1609年，J.开普勒的开普勒三定律揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转，发展了日心说，为牛顿万有引力定律的提出打下了基础。1608年利普赛发明望远镜后，伽利略立即加以改造并指向苍穹。1610年，伽利略发表了划时代的著作《星际使者》，朦胧的银河原来是无边的星海，皎洁的月亮竟然布满了环形山，灿烂的太阳哪知会有黑子，而金星的相位变化和木星的4颗卫星恰恰是日心说最可靠的证据。
1687年，I.牛顿牛顿发现了万有引力定律，使哥白尼的学说获得更加稳固的科学基础。
詹姆斯-韦伯空间望远镜的两片测试镜面
天文望远镜的诞生带来了天文学的第一次革命。随着天文望远镜等观测和分析仪器的问世和改进，人类对宇宙的认识愈加清晰丰富。望远镜的每一次发展、突破，都促进了天文学的重大发现和人类对宇宙认识的飞跃，对数学、物理学及其他自然科学产生重大影响，并推动了人类文明进程。
还有，河外星系，在哥白尼的理论中，恒星只是位于最外层恒星天上的光点不可能的。
1584年，乔尔丹诺·布鲁诺提出恒星都是遥远的太阳。
18世纪上半叶，由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计，布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。
18世纪中叶，T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说，布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·赫歇尔首创用取样统计的方法，用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例，1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图，奠定了银河系概念的基础。
在此后一个半世纪中，H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂，以及许多人对银河系直径、厚度的测定，科学的银河系概念才最终确立。
18世纪中叶，康德等人还提出，在整个宇宙中，存在着无数像银河系那样的天体系统。
到1924年，由E.P.哈勃用造父视差法测量仙女星系的距离确认了河外星系的存在。
曾今地球上有无数人填补对宇宙的知识。
最新的研究认为宇宙的直径可920亿光年，甚至更大。目前可观测的宇宙年龄大约为138.2亿年。
形状，目前的宇宙理论认为宇宙可能是类似马鞍状的负弯曲形状，该理论源于宇宙大爆炸理论，整个宇宙的外形如同一个吹起的气球，我们则生活在宇宙的“表面”。
宇宙微波背景的温度一端高，暗示呈弯曲状
同时，科学家也认为宇宙是平坦的，根据美国宇航局的调查，宇宙可能是平坦的，2013年的调查发现如果宇宙是平坦的，那么误差只有0.4%。斯蒂芬·霍金表示，我们宇宙的形状可能是一种难以置信的几何图形，更接近于超现实主义的艺术，如同荷兰艺术家摩里茨·科奈里斯·埃舍尔创作的图形一样。
而人类其实对宇宙的探索只存在于银河系中。
霍金的想法以弦理论为依据，而该理论目前仍然还处于假设之中，并未被验证。如果用语言来形容宇宙的形状，应该是整体呈现多重镶嵌模式，具有无限重复出现的扭曲面，曲面间环环相扣，如同科奈里斯·埃舍尔创作的“圆形极限IV”图案，也与美国工程师P.H. Smith创作的“史密斯圆图”类似，体现出双曲空间的概念，是一种非欧几何的空间形态。层次结构，当代天文学的研究成果表明，宇宙是有层次结构的、不断膨胀、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。
即将发生碰撞的两个星系NGC 470和NGC 474
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。
太阳系外也存在其他行星系统。约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。目前观测到10亿个星系。
星系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。
有椭圆星系Hercules A中心超大黑洞引发的喷流
若干星系团集聚在一起构成的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。星系分类，根据可反映星系发展状态的序列号对星系进行了分类，可以粗略地将星系划分出椭圆星系、透镜星系、漩涡星系、棒旋星系和不规则星系等五种。
太阳系天体，太阳质量占太阳系总质量的99.8%，它以自己强大的引力将太阳系里的所有天体牢牢地吸引在它的周围，使它们不离不散、井然有序地绕自己旋转。同时，太阳又作为一颗普通恒星，带领它的成员，万古不息地绕银河系的中心运动。太阳的半径为696000千米，质量为1.989×10^33克，中心温度约15000000K ，年未知年。如果一个人站在太阳表面，那么他的体重将会是在地球上的20倍。现代星云假说根据观测资料和理论计算，提出：太阳系原始星云是巨大的星际云瓦解的一个小云，一开始就在自转，并在自身引力作用下收缩，中心部分形成太阳，外部演化成星云盘，星云盘以后形成行星。目前，现代星云说又存在不同学派，这些学派之间还存在着许多差别，有待进一步研究和证实。
NASA公布的太阳风暴的照片，金星是离太阳的第二颗行星，夜空中亮度仅次于月球。[46]金星上没有水，大气中严重缺氧，二氧化碳占97%以上，空气中有一层厚达20千米至30千米的浓硫酸云，地面温度从不低于400℃，是个名副其实的“炼狱”般世界。金星地面的大气压强为地球的90倍，相当于地球海洋中900米深度时的压强。金星大气主要由二氧化碳等温室气体组成，失控的温室效应，是导致金星极端气候的主要原因。由于金星没有内禀磁层保护，诱发磁层中磁场重联释放的巨大能量，使得金星大气被加热后加速逃逸。科学界认为，金星上大气的逃逸，是造成金星上缺水而被富含二氧化碳的稠密大气所笼罩，从而导致严重的温室效应的原因。木星是离太阳第五颗行星，而且是最大的一颗，比所有其他的行星的合质量大2倍（地球的318倍），直径142987km。它是气态行星没有实体表面，由90%的氢和10%的氦（原子数之比， 75/25%的质量比）及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。木星可能有一个石质的内核，相当于10－15个地球的质量。内核上则是大部分的行星物质集结地，以液态氢的形式存在。液态金属氢由离子化的质子与电子组成（类似于太阳的内部，不过温度低多了）。木星共有67颗木卫。按距离木星中心由近及远的次序为：木卫十六、木卫十四、木卫五、木卫十五、木卫一、木卫二、木卫三、木卫四、木卫十三、木卫六、木卫十、木卫七、木卫十二、木卫十一、木卫八和木卫九。
木星及其卫星欧罗巴
水星是最接近太阳的行星。水星的半径约为2440公里，在八大行星中是最小的。水星昼夜温差极大，白天摄氏 430 度，晚上约可达零下170 度，是太阳系八大行星中温差最大的一个行星。水星的外大气层非常稀薄，是由水星表面和太阳风中的原子和离子构成。科学家确认水星表面含有丰富的碳，认为碳是水星表面呈黑色的原因，水星表面的岩石是由低重量百分比的石墨碳构成。
“好奇号”火星探测器在火星表面采集样本
火星是地球的近邻，是太阳系由内往外数第四颗行星。直径6794km，体积为地球的15%，质量为地球的11%。火星表面是一个荒凉的世界，空气中二氧化碳占了95%。火星大气十分稀薄，密度还不到地球大气的1%，因而根本无法保存热量。这导致火星表面温度极低，很少超过0℃，在夜晚，最低温度则可达到-123℃。火星被称为红色的行星，这是因为它表面布满了氧化物，因而呈现出铁锈红色。其表面的大部分地区都是含有大量的红色氧化物的大沙漠，还有赭色的砾石地和凝固的熔岩流。火星上常常有猛烈的大风，大风扬起沙尘能形成可以覆盖火星全球的特大型沙尘暴。每次沙尘暴可持续数个星期。火星两极的冰冠和火星大气中含有水份。从火星表面获得的探测数据证明，在远古时期，火星曾经有过液态的水，而且水量特别大。
土星是离太阳第六颗行星，直径120536㎞，体积仅次于木星。主要由氢组成，还有少量的氦与微量元素，内部的核心包括岩石和冰，外围由数层金属氢和气体包裹着。地球距离土星13亿公里。木星的引力比地球强2.5倍，能够牵引太阳系内其它行星，使地球处于一个椭圆轨道中运行，并且与太阳保持适当距离，适宜生命繁衍。当土星轨道倾斜20度将使地球轨道比金星轨道更接近太阳，同时，这将导致火星完全离开太阳系。土星是已知唯一密度小于水的行星，假如能够将土星放入一个巨大的浴池之中，它将可以漂浮起来。土星有一个巨大的磁气圈和一个狂风肆虐的大气层，赤道附近的风速可达1800千米/时。在环绕土星运行的31颗卫星中间，土卫六是最大的一颗，比水星和月球还大，也是太阳系中唯一拥有浓厚大气层的卫星。
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