南十字星附近的銀河系
在智利拉弗龍特拉拍攝的絢麗天空影像中，南天銀河和著名的南十字星閃爍其中。南十字星位於這張20度廣域影像的右方，頂部是微黃色、明亮的十字架一。從十字架一與底部藍色恒星組成的直線上，南十字a星指向南天極。與昏暗的銀河星光相對應，黑暗而廣闊的煤袋星雲位於南十字星的左方，同時位於銀河左方更遠的是明亮的馬腹一和南門二，也就是著名的半人馬座α，β星。半人馬座α星在影像的左下方閃耀著，它是距離太陽最近的恒星，只有4.3光年遠。實際上，微黃色的半人馬座α星是一個三合星系統，其中包括一顆類似太陽的恒星。如果從半人馬座α星上看，我們太陽也是一顆明亮的微黃色的恒星，並且位於仙后座內。
仙后座，北天星座，代表著衣索比亞皇后卡西歐佩亞（Cassiopeia）。它是國際天文學聯合會88個現代星座之一，也是古希臘天文學家托勒密列出的48個星座其中的一個。仙后座是一個易認的星座，其五顆最亮星組成一個非常獨特的W形。由於它與北天極距離並不遠，在高緯度地區這星座整晚都不會落下，而且跟北斗七星相對，是拱極星座也是指極星座之一。
在希臘神話中，安德洛墨達（Andromeda）是衣索比亞國王克甫斯（Cepheus）和王后卡西奧佩婭（Cassiopeia）的女兒，其母因不斷炫耀自己的美麗而得罪了海神波塞冬之妻安菲特里忒，安菲特里忒要波塞冬替她報仇，波塞冬遂派鯨魚座蹂躪依索匹亞，克甫斯大駭，請求神諭，神諭揭示解救的唯一方法是獻上安德羅墨達。她被她的父母用鐵索鎖在鯨魚座所代表的海怪經過路上的一塊巨石上，後來英雄珀耳修斯剛巧瞥見慘劇，於是立時拿出蛇髮魔女美杜莎之人頭,將鯨魚座石化，珀耳修斯殺死海怪，救出了她。為懲罰卡西奧佩婭，她要永遠繞著北極圈轉。
NGC1365：壯觀的島宇宙
棒旋星系NGC1365是一個真實而宏偉的島宇宙，大小橫跨約20萬光年。它距離我們起碼有6千萬光年遠，位於非常活躍的天爐座內。NGC1365是被研究已久的天爐座星系團中最大的一個成員。這張令人印象深刻、清晰的彩色影像，顯示了在星系棒的末端及沿著旋臂區域出現了緻密的恒星形成區域，同時還能看到塵埃帶橫穿了明亮的星系核。
在星系核內有一個品質超大的黑洞。天文學家認為NGC1365明顯的棒狀結構，在星系的演變過程中發揮了至關重要的作用，它牽引著氣體和塵埃進入正形成恒星的漩渦中，並最終為中央黑洞提供物質補充。
棒旋星系是螺旋星系的核心有明亮的恆星湧出聚集成短棒，並橫越過星系的中心；其旋臂則看似由短棒的末端湧現至星系之中。而在普通的螺旋星系，恆星都是由核心直接湧出的；在星系分類法以符號SB表示。
宏觀螺旋星系是螺旋星系的一種，相對於多旋臂和絮結的螺旋星系，有著突出和定義明確的螺旋臂。宏觀螺旋星系的螺旋臂在星系附近很明顯的延伸許多的弧度，並且在可觀測到的星系半徑上佔有很大的比率。螺旋星系中大約有10%被歸類為宏觀螺旋星系，包括M81和M51。
密度波理論可以完美的解釋並且很好的規範宏觀螺旋星系的。依據這個理論，螺旋臂是在盤面上的恆星經過密度波時因為速度不同而被扭轉的。恆星密集在這些區域造成引力吸引子質在此處密集，但是它們並不會永久存在於螺旋臂中。當它們緊靠著螺旋臂時，它們受到引力的牽引往物質密集之處；然後當他們通過螺旋臂之後，它們也會因為引力的拉扯而減慢速度，這就造成物質密集的集中在這一區域。
密度波理論或是林-徐密度波理論是林家翹和徐遐生兩位在1960年代中期為解釋螺旋星系的旋臂結構所推出的理論，他們的理論引進了長期存在的理想準靜態密度波（也稱為heavy sound)，他們選擇讓星系盤有較高一點的密度大約高10-20%。這個理論也成功的運用在土星環。
由於螺旋星系的自轉是較差自轉，內部的自轉角速度大於外部的角速度，旋臂本應當越纏越緊，最終完全纏繞在一起。實際情況卻並非如此。1942年，瑞典天文學家林德布拉德首先提出了密度波的思想，1964年，旅美中國天文學家林家翹、徐遐生等人建立了系統的密度波理論。
密度波理論認為，螺旋星系的旋臂是恆星繞星系中心運動時空間分布較密集的區域。組成旋臂的恆星並非始終處於旋臂中，而是有進有出。在旋臂後方，恆星不斷進入旋臂，由於恆星密集，引力場加強而被減速，在旋臂前方，旋臂中的恆星速度加快，走出旋臂。因此螺旋星系能夠在整體上維持旋臂結構的圖案，並且懸臂是與星系的自轉方向同向的。密度波理論成功地解釋了旋臂結構的成因，得到了很多觀測事實的支持，但仍有一些問題尚不清楚。
從1970年代晚期開始，Peter Goldreich、徐遐生和其他一些人將密度波理論應用在土星環。土星環（特別是A環）包含許多由衛星激發出林德布拉德共振與垂直共振產生的螺旋臂密度波。雖然土星環因為中心的質量（土星自己）相較於盤面是非常大的，造成螺旋臂是更緊密並且受到傷害（通常只能延伸數百公里），但主要的物理機制與星系相同。卡西尼任務揭露了許多由環中的衛星潘和阿特拉斯激發出的非常小的密度波和由巨大的衛星，造成的高階共振，並且波的形式會因為Janus和Epimetheus的軌道變化而隨著時間改變。
林家翹（1916年－），數學家，祖籍福建省福州市，出生於北京市，1937年畢業於清華大學物理系。1940年出國留學，1941年獲得加拿大多倫多大學碩士學位；隨後轉赴美國進修，於1944年獲得加州理工學院博士學位。1943年至1945年任教於該校，1945年至1947年任教於布朗大學，1947年起任教於麻省理工學院數學系，歷任副教授、教授，最後以「學院教授」身份榮譽退休。
他在流體力學、應用數學領域享譽國際學術界，1958年獲選為中華民國中央研究院院士，1962年獲選為美國國家科學院院士，1994年獲選為中國科學院外籍院士。曾獲列入《美國科學名人錄》現任母校清華大學周培源應用數學研究中心名譽主任。
徐遐生（英文名：Frank Hsia-San Shu，1943年6月2日－），祖籍浙江省溫州市永嘉縣，出生於雲南省昆明市，美籍華人天文學家，其父親為徐賢修，父子皆曾任國立清華大學校長。
1961年就讀於美國麻省理工學院期間開始與當時訪問普林斯頓高等研究院的林家翹教授著手進行螺旋星系結構的相關研究，並提出著名的密度波理論(Density wave theory)；並於1963年拿到物理系學士學位。隨後在哈佛大學攻讀天文學，於1968年獲得博士學位。曾於1984至1988年間擔任加州大學柏克萊分校天文系系主任，也曾任教於美國紐約州立大學石溪分校(石溪大學)。曾任美國天文學會主席。(1994-1996) 2002年回台擔任國立清華大學校長一職。(2002-2006)
美國紐約州立大學石溪分校（State University of New York at Stony Brook，縮寫：SUNYSB或SBU），又稱石溪大學（Stony Brook University），成立於1957年，是一所公立大學，以研究見長，也是全美權威的美國大學協會（AAU）成員。
石溪大學位於紐約市東面，長島（Long Island）的北岸。距曼哈頓約105公里，乘車一個半小時即可到達紐約市。校園內綠樹環繞，環境幽雅。附近有長島麥克阿瑟機場, 稍遠一些(五十英哩)有甘迺迪國際機場和拉瓜蒂亞國際機場。石溪大學是紐約州立大學的四個大學中心之一，擁有超過22,000名學生。
石溪大學建於1957年在紐約長島上，初建校時學生僅有一百人。 最初石溪只是培訓中學數學及科學老師的學院，至1962年校址遷至長島石溪鎮上一塊由慈善家Ward Melville捐出的土地，約1.6平方公里大小。至今校園以擴張為當初校園的三倍, 不包含Southampton及曼哈頓校區。
來自哈柏、史匹哲太空望遠鏡和星系演化探測器太空望遠鏡的資料合成的宏觀螺旋星系M81影像。
M81(NGC 3031)是一個經典的Sb型漩渦星系, 又名"波德星系"。在小型望遠鏡里，它是一個有明亮中心的大橢圓光球. 其星等是+6.8。M82與M81相距0.5度。因為體積龐大的波德星系離地球較近, 並且擁有一顆活動星系核（其中包含了相當於約七千萬太陽質量的超級黑洞），所以它在天文學研究上是一個熱門的話題。此外，由於波德星系的星等較低（低星等意味著高亮度），此星系也是各天文愛好者所熱衷的觀測對象。
M81星系是由約翰·波德於1774年首先發現的，因此該星系又名「波德星系」。1779年，皮埃爾·梅尚和夏爾·梅西耶再次確定了該星系的存在。此後夏爾·梅西耶將其記入了梅西耶星團星雲列表。
大部分紅外波段的放射線都來自星際塵埃。人們主要從該星雲的螺旋臂中發現了這些星際塵埃，且其中的大多數都是星系形成時遺留下來的。據科學界現在最普遍的解釋，該星雲的螺旋臂上能探測到大量的紅外輻射，是其中那些從星系形成時就出現的藍色星體所造成的結果。這些短命的藍色星體極其熾熱，因此促進了紅外線的輻射。
距今為止在波德星系人類只發現了一顆超新星。這顆超新星，名為SN 1993J，由西班牙科學家F. Garcia於1993年3月28日發現。當時，這是人類所發現的第二亮的超新星。該超新星的光譜特性不停變化。最初，它看起來是Ⅱ型超新星（由一顆巨星爆發所形成的超新星），因為從它的拋射物里探測到了大量的氫光譜。但後來氫光譜逐漸消失，而強烈的氦光譜出現了，使得這顆超新星看起來更像Ib型的。此外，該星頻繁的亮度變化使它看起來並不像Ⅱ型超新星的亮度變化，反而像Ib型的。因此，人們把該星系歸入Ⅱb型，一個介於Ⅱ型和Ib型的過渡超新星類型。研究表明與Ⅱ型超新星類似，Ib型和Ic型的超新星也是由一顆巨星爆炸所形成的。
波德星系位於M81星系團，是M81星系團中最大的星系。M81星系團位於大熊座，擁有著34個星系。該星系團是離銀河系所在星系團最近的星系之一，距地球大約1170萬光年（約360萬秒差距）。
M81星系和M82及NGC 3077都以萬有引力互相作用。這種強引力驅逐了三個星系中的氫氣，使它們形成一種絲狀的星體結構。 此外，這種引力還導致一些星際氣體陷入M82和NGC 3077的中心，並且產生了一些星爆運動（或者形成了一些新行星）。
M81位於大熊座α星西北處約10°。人們可以通過小型望遠鏡或雙筒望遠鏡觀測到M81和M82。雖然在理想的情況下一個老練的天文觀測員可以不用任何器材觀測到這兩個星系，但通常情況下人們是無法用肉眼觀測的。若要辨別出星系內部的結構，人們必須使用擁有至少8英寸光圈的望遠鏡。
星系演化探測器（Galaxy Evolution Explorer，縮寫為GALEX）是美國國家航空暨太空總署2003年發射的一顆紫外天文衛星，主要目的是觀測星系，特別是那些包含大量年輕恆星、輻射出強烈紫外線的星系，研究它們的形成和演化機制。這顆衛星是在2003年4月28日用飛馬座火箭發射的，運行在高度697公里、傾角29度的近圓形軌道上。
星系演化探測器耗資1.03億美元，計劃壽命為28個月。除美國國家航空暨太空總署噴氣推進實驗室外，加州理工學院、加州大學伯克萊分校、約翰霍普金斯大學、韓國的延世大學、法國馬賽天體物理實驗室等大學和機構也參與了這顆衛星的研製。
史匹哲太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope，縮寫為SST），是美國國家航空暨太空總署2003年發射的一顆紅外天文衛星，是大型軌道天文台計劃的最後一台太空望遠鏡。
史匹哲太空望遠鏡耗資8億美元，原名為太空紅外望遠鏡設備（SIRTF），2003年12月，經過公眾評選，該衛星以太空望遠鏡概念的提出者、美國天文學家萊曼·史匹哲（Lyman Spitzer, Jr.）的名字命名。望遠鏡工作在波長為3-180微米的紅外線波段，以取代先前的紅外線天文衛星（IRAS）。
史匹哲太空望遠鏡雖然不比它口徑大很多，但得益於紅外偵測設備的快速發展，性能上有了顯著的提高。2003年8月25日，史匹哲太空望遠鏡在美國佛羅里達州的卡納維爾角由德爾塔Ⅱ型火箭發射升空，運行在一條位於地球公轉軌道後方、環繞太陽的軌道上，並以每年0.1天文單位的速度逐漸遠離地球，這使得一旦出現故障，將無法使用太空梭對其進行維修。
史匹哲太空望遠鏡總長約4米，重量為950千克，主鏡口徑為85厘米，用鈹製作。除此之外還有3台觀測儀器，分別為：
紅外陣列相機（IRAC），大小為256×256像素，工作在3.6、4.5、5.8和8微米4個波段。
紅外攝譜儀（IRS），由4個模塊組成，分別工作在5.3-14微米（低解析度）、10-19.5微米（（高解析度）、14-40微米（低解析度）和19-37微米（高解析度）。
多波段成像光度計（MIPS），工作在遠紅外波段，由3個偵測器陣列組成，大小分別為128×128像素（24微米）、32×32像素（70微米）和2×20像素（160微米）。
為避免望遠鏡本身發出的紅外線干擾，主鏡溫度冷卻到了5.5K。望遠鏡本身還裝有一個保護罩，為的是避免太陽和地球發出的紅外線干擾。
銀盤上充滿了大量的塵埃和氣體，阻擋了可見光，因此在地球上無法直接用光學望遠鏡觀測到銀河系中心附近的區域。紅外線的波長比可見光長，能夠穿透密集的塵埃，因此紅外觀測能夠幫助人們了解銀河系的核心、恆星形成，以及太陽系外行星。
史匹哲太空望遠鏡耗資8億美元，原名為太空紅外望遠鏡
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