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。
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