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宇宙大爆炸后7亿年到20亿年之间，星系形成，也是只有在那段时间才形成了星系。当时的宇宙，只相当于现今大小的6%左右。只有那个时段存在有利于星系形成的“金发女孩条件”，一切都“刚刚好”。对人类来说，虽然不再有新的星系形成，但幸运的是，星系一直存在至当下。
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银河系
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“星系”（galaxy）一词来自希腊语，意为“牛奶圈”（希腊语中“gala”指牛奶）。我们所处的星系叫银河系，对应的英文是“Milky Way”，这是从拉丁语“via lacteal”的字面意思转换过来的，意为“牛奶路”。所以银河系的英文名字“Milky Way galaxy”，就等于是双料的牛奶星系了。
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人类无法看到银河系的全貌，只能看到其侧面。肉眼看到的银河系，就像是乳白色的雾，中间有明亮的繁星点缀，纵贯几乎整个夜空。城市里的灯光太亮，夜空中往往看不到银河系。你要是从未见过银河系，一定要弥补这个缺憾，选个晴朗的夜晚，走出城市，去到乡下，地球上最让人惊叹的景致就会呈现在你眼前。
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古罗马人觉得，这条繁星构成的大河看起来就像母乳一样洒在夜空。于是罗马神话中便有一个说法：一位女神把不认识的婴儿从身边推开，乳汁从乳房里流出，洒在天空。
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据估计，银河系中约有2000亿～4000亿颗恒星，直径约有10万光年。离它最近的星系是仙女座星系，两者之间相距250万光年。（提示：1光年约为太阳系直径的500倍。）
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关于恒星在星系中的位置，我们来想象一个具体的模型：想象太阳系像一枚25美分的硬币那么大，直径大约2.5厘米（1英寸）。在这样的比例下，太阳就像一粒尘埃。而银河系的直径，则相当于美国国土的宽度。比邻星是距离我们最近的恒星，也把它想象成一枚25美分的硬币。在此比例下，它到太阳的距离，就相当于两个足球场那么大，而这也是银河系中恒星的典型距离。（参见http://www.cfa.harvard.edu/seuforum/howfar/howfar.html）
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现在，回到银河系最近的邻居——仙女座（两者之间相距250万光年），这两个星系同属一个星系团，叫作“本星系群”，里面约有40个星系，它们之间的距离并没有变得越来越远。实际上，仙女座正在朝银河系移动。据天文学家估计，约40亿年后，两个星系会撞在一起。因为每个星系中大部分都是空间，所以不会有太多恒星发生相撞事件，但引力很有可能会重新布置里面的恒星。
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星系团横跨2000万光年之多，每个星系团包含10到几千个星系。星系团又隶属于超星系团，跨度达5000万光年。虽然星系团中的星系有吸引到一起的倾向，但由于宇宙不断膨胀，星系团之间和超星系团之间则越来越远离彼此，一连串超星系团之间存在巨大的真空区。
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要想想象这个尺度的宇宙，需要想象穿过一堆肥皂泡沫。一层肥皂膜可能包含了一堆肥皂泡。这片肥皂膜相当于超星系团，而肥皂泡则相当于超星系团之间的空间。
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随着天文学家正在对越来越深的宇宙进行测绘，我们可以在自己的地址上添加一些新的名词。我们居住在拉尼亚凯亚（Laniakea）超星系团之本星系群之银河系内。拉尼亚凯亚是夏威夷语，意为“广阔无垠的上苍”。拉尼亚凯亚超星系团有10万多个星系，跨度约5亿光年。（登录www.vox.com/2014/9/4/6105631/map-galaxysupercluster-laniakea-milky-way，见识其复杂外形。）
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恒星的形成
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在凝结形成星系的气体云中，相对较小区域内的气体凝结成为恒星，恒星各自分离，早期宇宙中，恒星之间的距离较近，现在则大了很多。
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恒星的形成是这样的：有的地方，氢原子和氦原子相距比其他区域的氢原子和氦原子要近，引力把它们越拉越近。原子之间的碰撞导致温度上升。随着温度上升，电子与质子分离，原子分裂，重新形成等离子态或类似气体的状态，由于温度太高，原子无法形成。氢质子以极大的力量、极高的速度相撞，最终4个质子克服了正电荷的排斥，聚变形成氦核。
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在聚变成氦核的过程中，4个质子中有2个质子性质不变，剩下2个质子失掉正电荷，变成中子。正电荷分离出去，成为正电子（一种反粒子），与电子相互湮灭，释放出能量。这种碰撞就是恒星以及氢弹能量的来源——在氢弹中氢质子也发生聚合。最初4个质子的一部分质量转变成核能。
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恒星就类似于一颗缓慢爆炸的氢弹。最初气体云的坍缩用了大约10万年的时间。由于恒星核心周围的物质的压力，将中心的爆炸包裹在内，因此核聚变会持续几百万年甚至几十亿年的时间。
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其他事件有时也会加强恒星形成过程中的引力。一颗大恒星诞生时，会释放大量的能量，对周围氢和氦的气体云产生压缩，引发一连串恒星发生反应。有时一颗超大恒星在生命末期的爆炸（参见第4章）也会产生同样的效果。
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一大堆氢原子中心一旦发生聚变，就形成了恒星，中心释放的能量传到原子物质的外围，恒星开始发光（即辐射）。第一批恒星发出的辐射，是宇宙中第一次集中的光线，这与遍布宇宙的宇宙背景辐射的昏暗光芒大不相同。
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恒星（太阳）的结构
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与所有恒星一样，太阳中心也发生氢原子的核聚变，外层则储存着更多氢。
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恒星是物质和能量自动调节的系统。氢质子核聚变释放能量，产生巨大的向外的力，而引力产生巨大的向内的力，两者相互平衡。如果向外的能量的力稍微超过一点，恒星就会冷却，体积随之增大。这个过程会减缓核聚变，使得引力再次将恒星收缩变小，而这又会让温度升高，加速核聚变。这种负反馈环产生了所谓的“动态稳定状态”。它的工作原理就像燃气锅炉上的恒温器，室内温度一下降，火炉就会再次点燃。多数恒星都自行调节，稳定燃烧，但一些年代久远的恒星，其亮度则有规律性的变化。与星系不同，尽管自由飘浮在星系中的氢和氦比过去少很多，但今天依然有恒星正在形成。结果是，新恒星的大小和数量都随着时间推移而减少。每年，银河系中约有10颗新恒星产生。
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恒星大小不同，取决于最初形成时氢和氦气体云的大小。恒星中，我们了解最多的就是太阳了——一颗普通、中型的恒星，直径约是地球的100倍，质量约是地球的30万倍。体积最小的恒星差不多是太阳质量的1％，最大的恒星质量是太阳的200倍左右。质量相当于太阳的6倍或以上的恒星有潜力成为超新星。（超新星的信息参见第4章。）
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银河系呈现美丽的旋涡状，有上千万颗恒星分布其中。它之所以能够保持形状不变，是因为至今还没有与其他星系发生碰撞。太阳位于银河系外围的一个旋臂上。这个位置可是好得很，距离中心既不太近，也不太远，太近则超新星太多，太远则超新星太少，无法产生足够更重的化学元素，以供行星和生命的形成。
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