天空中，有的星星大名鼎鼎，有的却鲜为人知，其实，星星的知名度不和它们的亮度成正比例的关系，有些星的知名度和它所占据的位置关系密切。最典型的例子就要属小熊星座了。
由于社会历史发展的特殊机缘，使北半球的文明最早兴起，并得以延续下来。
早在公元前10世纪之前，中国、巴比伦、埃及、希腊等地的先祖就开始了天文观测。在所有这些观测中，人们都注意到一颗不太明亮的星，它永远处在北方天空中的固定位置上，于是给它起名为北极星。北极星，几乎在地球北极的正上方，几个世纪以来，它是航海者的指路灯。在一般的测量中，北半球的人还可以根据它的高度来确定所在地的纬度，你看到北极星时的视线和地平面间的夹角的度数，就是你所在地的地理纬度。
小熊星座中的α星就是北极星。由于北极星占据了特殊的位置，所以小熊星座几乎成了尽人皆知的著名星座。即使不太熟悉北极星的人，根据大熊星座里北斗七星中的“指极星”——斗边两颗亮星，也很容易找到它，北极星正好位于两颗指极星连线外延五倍远的地方。
关于星座的神话中，也许与大熊座和小熊座相关联的神话最扣人心弦了。在古罗马的神话中，主管山林水泽的是漂亮的嘉丽丝托女神。诸神之王朱庇特和嘉丽丝托之间产生了炽热的恋情，朱庇特担心嫉妒成性的天后朱诺会加害于嘉丽丝托，就用法力把嘉丽丝托变成一只熊，让她住在山林中。嘉丽丝托之子阿卡斯不知内情，在一次狩猎中险些射死自己的生母。朱庇特觉得长此下去终是不便，于是便断然将母子二人安置于天上：嘉丽丝托就是大熊座，阿卡斯就是小熊座，母子相依，夜夜俯视着人间。
北极星除占据重要的“天位”外，它还是一颗三合星——由三颗靠得很近的星组成的小天体系统，同时它又是一颗变星——它的亮度变化率为14%，所以，不是特别留心观察，一般难以发现它是变星。
红巨星
一般人都认为太阳大得惊人，由于太阳的直径是地球直径的109倍，体积是地球的130万倍。实际上，太阳按大小来说，只是恒星中的寻常之辈。
红巨星被称作星际空间的巨人。例如，牧夫座中的大角星，直径相当于太阳直径的24倍，体积是太阳的13800多倍；御夫座的毕宿五，直径是太阳的45倍，体积是9万多倍；天蝎座的心宿二，直径是太阳的230倍，体积是1200多万倍！然而，心宿二也不是最大的恒星，至少现在天文学家知道，猎户座的参宿四，直径是心宿二的2.39倍，体积是心宿二的13.67倍。要是和太阳相比，参宿四更是大得惊人，它的直径为太阳的550倍，体积相当于1亿6千6百多万个太阳！
人们不禁要问，如此庞大的天体是如何形成的呢？目前，天文学界认为，红巨星是比太阳更老的恒星。开始，它们也是靠着由氢变成氦的热核反应来发光、发热的个头中等的恒星。当它们的氢燃料消耗殆尽时，排斥力日益减小，引力的作用使它们发生收缩。引力收缩时产生的能量使其中心区域的温度上升到1亿度以上。于是，在那里产生了在地球上根本无法实现的另一种热核反应：三个氦原子核聚变成一个碳原子核。这一反应产生了极强烈的爆炸力，使星体的外壳一下子膨胀几十倍、甚至几百倍，外壳处的温度一般在3000℃到4000℃之间，呈现出明亮的红色。理论推算表明，靠氦聚变为碳的反应释放的能量来维持其庞大体积的红巨星，寿命都较短，一般仅能存在几百万年。当绝大部分的氦元素都转变成碳元素后，恒星的体积会再一次缩小，同时使其中心区的温度上升到一个新的数量级，进而引发新的向更重化学元素转化的热核反应。
这种螺旋状升级的热核反应，一次比一次更猛烈。最终会产生最强烈的大爆炸，其威力之大，使许多原属于恒星的物质获得了脱离开其引力场的巨大速度，飞向宇宙空间。在这样的突变后，红巨星就变成了另一类恒星了。
太空巨蟹
公元1054年，有一项重大天文学发现，给天文学家留下了一个900多年的未解之谜，也为当代最热门的宇宙起源的理论设想奠定了基础。
在宋至和元年，即1054年，中国天文学家记录了金牛座天关星附近的一次异常的“大爆发”现象，当时的人们认为这是拜访天关星的客人，故称之为“天关客星”。外国的天文学家也观察并记录了这次异乎寻常的天象。
这是我们第一次记录到的超新星爆发。这次大的星际空间爆发事件，留下了一大片形如巨蟹的发光的星云，即天文学界著名的蟹状星云。
后来的观测，使天文学家越来越清楚：蟹状星云的体积在不断扩大，其膨胀的速度高达1300千米/秒！蟹状星云始终发射着迷人的光彩。是什么天体在空中爆发而产生了如此巨大的一片星云？它又是从哪里获得的能量，近千年来持久不衰地发光、发出射电信号、发出X射线和γ射线？
很多天文学家都推测在蟹状星云中，一定有一颗恒星，它的巨大爆发产生了星云。可是，要证实关于遥远天际的这样至关重要的假说，必须有确凿的证据。
1968年，距人类第一次观查到蟹状星云之后的第914年，在美国东部弗吉尼亚州的格林班克国家射电天文台终于在星云中找到了一颗脉冲星——即中子星，随后由另一天文台准确测定了它发出的射电信号的周期为0.033秒。经科学家证实，这颗中子星，就是导致900多年前那场大爆发的恒星的“残骸”。
精确的时间测量，进一步拔开了围绕着蟹状星云的迷雾。它中心处的脉冲星的频率正在逐步变小，正是它损失的能量，“点亮”了蟹状星云。计算结果显示，蟹状星云脉冲星的年龄约1000年，正好与宋代人记录到的天关客星出现的时间相吻合。
蟹状星云之谜初步解开，给天文学家一个明确无误的启示：宇宙中可能产生我们怎么想象都不会过分的巨大爆发事件。
宇宙流
宇宙流有两种说法。一种是指围棋的一种风格，一种则是我们说的太空。那么真正意义上的天上的宇宙流是什么呢？那是描述星系的运动的，其规模显然非围棋的“宇宙流”可比！
美国天文学家哈勃在研究了星系的运动之后，得出了著名的哈勃公式V=HR，即星系运动的速度与星系的距离成正比。但是后来的观测发现这并不是完全正确的。由银河系大、小麦哲仑云和仙女座大星云等星系组成的本星系团中一些星系与哈勃的计算值之间有每秒600千米的差值。1973年，天文学家发现在按哈勃公式计算出的运动速度为每秒3500~6500千米的星系有一个约每秒800千米的速度差值，并且被后来红外线波段的观测所证实。
这些与哈勃流速不一致的星系运动，称之为“宇宙流”。但天文学家并不想就此收兵，他们希望找出星系宇宙流的规律来，以更好地研究大尺度范围内物质的运动。不过遗憾得很，直到现在为止，呈现在天文学家眼前的宇宙流还是杂乱无章的。
世间万物都有一定的规律，只要是在宇宙中运动的物质，就一定有章可循。宇宙流所遵从的规律没有找到，说明宇宙流是一种大范围、多原因的运动。一旦这个规律被发现，就必将对人类的整个宇宙观带来巨大的变革。
星系冕
星系冕，又被形象地称为宇宙的帽子。安徒生的童话《皇帝的新装》中，皇帝穿了被骗子裁缝称之为“愚蠢和不称职的人看不见的衣服”在大街上游行，其实他什么也没穿，出尽了洋相。
宇宙中就恰恰有这样一种用肉眼看不到的“帽子”，它环绕在星系之外，质量巨大，这就是星系之帽——星系冕。
既然星系冕看不见，人类又是怎样发现的呢？这是通过一种间接的方法发现的。1974年初，前苏联塔尔图天文台的天文学家对100多个星系的运动速度随机变化进行分析，因为速度变化范围和质量有关，由速度变化范围分析结果发现星系外面尚有一个巨大的质量包层。随后，美国天文学家也证实了这一发现。
星系冕有非常巨大尺度，占据了几十万到上千万光年的空间。我们银河系的冕的质量约是1000亿个太阳质量。大的星系的星系冕质量可达到银河系冕的10~30倍。
星系冕的发现有极其重要的意义，它说明宇宙中物质可能绝大部分是以我们看不见的物质形态存在，形成为可见星系或恒星的，则只是其中的一小部分。星系冕的存在，使星系的质量就比原来估计的要大，于是，自吸引力增大，物质更难跑出去，从而星系就可能更稳定。
脉冲星
脉冲星直到在20世纪60年代才被发现。至今，我们已经找到了几百颗脉冲星，并且已得知它们就是高速自转着的中子星。
它的脉冲周期既短又稳。所谓脉冲就是像人的脉搏一样，一下一下出现短促的无线电讯号，如贝尔发现的第一颗脉冲星，每两脉冲间隔时间是1.337秒，其他脉冲还有短到0.033秒的，最长的也不过3.745秒。那么，这样有规则的脉冲现象究竟是怎样产生的呢？
天文学家已经经过探测、得出结论，脉冲的形成是由于脉冲的高速自转引起的。
什么原因能形成脉冲呢？这是由于自转，原理就像我们乘坐轮船在海里航行，看到过的灯塔一样。设想一座灯塔总是亮着且在不停地有规则运动，灯塔每转一圈，由它窗口射出的灯光就射到我们的船上一次。不断旋转，在我们看来，灯塔的光就连续地一明一灭。脉冲星也是一样，当它每自转一周，我们就接收到一次它辐射的电磁波，于是就形成一断一续的脉冲。脉冲这种现象，也就叫“灯塔效应”。脉冲的周期其实就是脉冲星的自转周期。
灯塔的光只能由窗口射出来，是不是说脉冲星也只能从某个“窗口”射出来呢？正是这样，脉冲星就是中子星，而中子星与其他星体（如太阳）发光不一样，太阳表面到处发亮，中子星则只有两个相对着的小区域才能辐射出来，其他地方辐射是跑不出来的。即是说中子星表面只有两个亮斑，别处都是暗的。这是什么原因呢？原来，中子星本身存在着极大的磁场，强磁场把辐射封闭起来，使中子星辐射只能沿着磁轴方向，从两个磁极区出来，这两磁极区就是中子星的“窗口”。
中子星的辐射经由两个“窗口”出来后，在空中传播，形成两个圆锥形的辐射束。若地球刚好在这束辐射的方向上，我们就能接收到辐射，且每转一圈，这束辐射就扫过地球一次，也就形成我们接收到的有规则的脉冲信号。
脉冲星指的是高速自转的中子星，但并不是所有的中子星都是脉冲星。因为当中子星的辐射束不扫过地球时，我们就接收不到脉冲信号，此时中子星就不表现为脉冲星了。
暗物质
宇宙中的恒星互相作用，遵循着各种各样的轨道做着运动，而有些运动我们却找不着其作用对应的物质。因此，人们设想，在宇宙中也许存着我们看不见的物质。
20世纪30年代，荷兰天体物理学家奥尔特指出：为了说明恒星的运动，需要假定在太阳附近存在着暗物质；同年代，茨维基从室女星系团诸星系的运动的观测中，也认为在星系团中存在着大量的暗物质；美国天文学家巴柯的理论分析也表明，在太阳附近，存在着与发光物质几乎同等数量看不见的物质。
那么，太阳附近和银道面上的暗物质究竟是什么呢？天文学家认为，它们或许是一般光学望远镜观测不到的极暗弱的褐矮星或质量为木行星30~80倍的大行星。在大视场望远镜所拍摄的天空照片上已发现了暗于14星等，不到半个太阳质量的M型矮星。由于太阳位于银河系中心平面的附近，从探测到的M型矮星的数目可推算出，它们大概能提供银河系应有失踪质量的另一半。且每一颗M型星发光，最多只能有几万年。所以人们认为银河系中一定存在着无数的这些小恒星“燃烧”后的“尸体”，足以提供理论计算所需的全部暗物质。
科学家的分析和观测表明漩涡星系外围存在着大质量的暗晕。那么，暗晕中包含哪些看不见的物质呢？英国天文学家里斯认为可能有三种候选者：第一种就是上面所述的小质量恒星或大行星；第二种是很早以前由超大质量恒星坍缩而成的200万倍太阳质量左右的大质量黑洞；第三种是奇异粒子，如质量可能为20~49电子伏且与电子有联系的中微子，质量为105电子伏的轴子或目前科学家所赞成的各种大统一理论所允许和需求的粒子。
欧洲核子研究中心的粒子物理学家伊里斯认为，星系晕及星系团中最佳的暗物质候选者是超对称理论所要求的S粒子。这种理论认为：每个已知粒子的基本粒子（如光子）必定存在着与其配对的粒子（如具有一定质量的光微子）。伊里斯推荐四种最佳暗物质候选者：光微子、希格斯微子、中微子和引力粒子。科学家还认为，这些粒子也是星系团之间广大宇宙空间中的冷的暗物质候选者。
到目前，很多天文学家认为宇宙中90%以上的物质是以“暗物质”的方式隐藏着。但暗物质到底是些什么东西至今还是一个谜，还待于人们去进一步探索。
寻找黑洞
自从黑洞存在的可能性在理论上被证明以后，探索黑洞便成了最注目的研究。那么黑洞到底隐藏在哪里呢？
也许你很难想象，在宇宙间发现黑洞是件多么不容易的事情。不可能简单地用一架望远镜仰望漆黑的天空，就此地期望发现一个黑洞的出现。因为黑洞不发光，使得它们极其难以捉摸。
黑洞大小不等，但它的类型却是可以归纳的。黑洞的特性指的是它的自转、质量和电荷。如果我们以从大质量恒星演化而来的黑洞为目标，则搜索黑洞就会容易些，因为我们对这类黑洞的起源比较了解。恒星在晚年核燃料全部耗尽，星体在其自身引力作用下开始坍缩。若其质量大于太阳质量3倍，则坍缩的最终结果就是产生黑洞。此类恒星级黑洞的质量一般不超过太阳的50倍。此外，在双星系统中，黑洞天体可以从它的伴星吸取物质并发射X射线，而X射线我们是可以观测和分析的。正是对双星系统的分析，我们获得了黑洞存在的最好证据。其中天鹅座X—1是最强有力的黑洞候选者。