宇宙极早期指的是100多亿年前大爆炸的一瞬间。起初不仅没有任何天体，也没有粒子和辐射，只有一种单纯而对称的真空状态以指数方式膨胀着（这种膨胀比随着发生的弗里德曼模型的膨胀剧烈得多，称为“暴胀”。今天我们所知道的自然界中四种基本相互作用力，即引力、强力、弱力和电磁力，那时是不可区分的。随着宇宙的膨胀和降温，真空发生一系列相变（如同水在降到0℃时变成冰那样）：在大爆炸后10-44s，发生超统一相变，引力作用首先分化出来，但强、弱、电三种作用仍不可区分，夸克和轻子可以互相转变；到大爆炸后10-36s，大统一相变发生，强作用同电、弱作用分离，物质和反物质之间的不对称性（即质子、电子等这类物质多于反质子、正电子之类反物质的现象）开始出现；10-10s以后，弱电相变发生，弱作用和电磁作用分离，于是完成了四种相互作用逐一分化出来的过程。到这个阶段，宇宙间已具备了构成我们所熟悉的物理世界的最原始和最基本的素材与条件。
现在回到早期宇宙以后。从大爆炸发生后3分钟再经过约70万年，宇宙的温度降到3 000K，电子与原子核结合成稳定的原子（这个过程称为复合），光子不再被自由电子散射，从此宇宙变成透明的。又过了几十亿年，氢、氦等中性原子在引力作用下逐渐凝聚为原星系。原星系聚在一起形成等级式结构的星系集团。与此同时，原星系本身又分裂形成千千万万个恒星。恒星的光和热是靠燃烧自己的核燃料提供的。其后果是合成碳、氧、硅、铁这些早期宇宙条件下不能产生的重元素。在恒星生命即将结束时，它以爆发的形式抛出含有重元素的气体和尘粒。这些气体和尘粒是构成新一代恒星的原料。在一些恒星周围，冷的气尘会坍缩成一个旋转的薄盘。这些物质通过相互吸引碰撞粘合，最后形成从小行星到大行星的形形色色天体。
前面说过，把大爆炸宇宙学和恒星演化理论衔接起来足以系统地描述整个天文世界的现象。这个衔接首先是前一节所说的所有的恒星最初都是由氢和氦为主的原始气体云凝聚而成的。而根据大爆炸宇宙学计算出的宇宙间所含氢和氦大约是74%和24%。这与恒星和星际物质实测丰度相符。前面说过，其它轻元素、包括同位素，如氘、锂等的计算丰度也和实测一致。恒星起源问题，早在17世纪，牛顿就提出过散布于空间中的弥漫物质可以在引力作用下凝聚为太阳和恒星的设想。这一设想现在已经发展成为一个相当成熟的理论。观测表明，星际空间存在着许多由气体和尘埃组成的巨大分子云。这种气体云中密度较高的部分在自身引力作用下会变得更密一些。当向内的引力强到足以克服向外的压力时，它将迅速收缩落向中心。如果气体云起初有足够的旋转，在中心天体周围就会形成一个如太阳系尺度的气体盘，盘中物质不断落到称为“原恒星”的中央天体上。在收缩过程中释放出来的引力能使原恒星变热，当中心温度上升到1.0×107 K，足以引发热核反应时，一颗恒星就诞生了。根据诞生时的环境条件，恒星的质量范围在0.07～100个太阳质量之间。更小的质量不足以触发热核反应，更大的质量则会由于产生的辐射压力太大而瓦解。近年来，红外天文卫星探测到成千上万个处于形成过程中的恒星，毫米波射电望远镜在一些原恒星周围发现由盘两极射出的喷流。这些观测结果对上述理论都是有力的支持。
恒星形成后的光和热的来源，是其中心由氢聚变为氦的热核反应。当这种反应产生的辐射压力达到与引力平衡时，恒星的体积和温度不再明显变化，进入一个相对稳定的演化阶段。因为氢是宇宙间最丰富的元素，也是构成恒星的原材料中最丰富的，所以恒星在它发光的生命历程中停留在“氢燃烧”阶段的时间最长。迄今发现的恒星有90%处在这一阶段（包括太阳）。把这一阶段恒星的参数点在赫罗图上正是处在恒星数目极其密集的“主星序”线上。按照这个演化理论，不同原始质量的恒星从开始氢燃烧直到氢燃料耗尽，其在赫罗图中的位置一直停留在“主星序”上。在此之前和之后的演化阶段将按各自的轨迹偏离主星序。这些偏离也都是可以根据理论计算并和实测对照的。主星序阶段的逗留长度取决于恒星质量的大小。对于太阳来说约100亿年，而质量比太阳大10倍的恒星则只有3 000万年。当恒星核心部分的氢全部聚变为氦以后，产能过程停止，辐射压力下降，星核将在引力作用下收缩。收缩产生的热将使温度再一次升高，达到引发氦燃烧的程度，结果是将3个氦核聚合成1个碳核。类似的过程继续下去，将合成氧、硅等越来越重的元素，直到合成最稳定的铁为止。重于铁的元素，则通过恒星内部自由中子吸收过程，特别是在下面将要说到的“超新星爆发”时的“快过程”中形成。
当恒星内部的核燃料耗尽后，原来由热核反应维持的辐射压消失，星体在引力作用下收缩下去，直到出现一种新的斥力能与之抗衡为止。于是恒星进入它的老年期。恒星的归宿与其初始质量有关。初始质量小于太阳质量8倍的恒星最终将成为白矮星（一种颜色白，光很暗，尺度很小的恒星）。质量为太阳质量8～50倍的恒星在核燃料耗尽后会发生极猛烈的爆发，在短短几天中亮度陡增千万倍甚至亿倍，称为超新星。爆发后留下的星核的尺度只有同质量的一般恒星尺度的百万分之一，几乎全部由中子紧紧堆成，称为中子星。原始质量更大的恒星最终将变为黑洞——一种引力强大到连光线都无法射出的天体。
太阳作为一个非常普通的恒星，年龄大约50亿岁。它是由一团缓慢转动的气体云凝聚而成。云中除了大爆炸产生的原始气体外，还掺杂有前代恒星经超新星爆炸抛到空间的物质。在形成时期，围绕着中央原恒星旋转的尘粒气体盘，分裂并结合成行星、小行星、卫星等太阳系天体。这样，包括地球，以及地球上的一切，包括人类自己，所有结构的成分都可以“寻根”到100多亿年前的大爆炸；而100多亿年中的历史，则可以由目前所认识到的物理学建造“模型”加以描述。
这个“天文大统一模型”和一切“物理模型”一样，是目前能够比较好地解释观测现象的一种理论框架，但并不是唯一的解释。它能够为天文学科进一步“按图索骥”提供引导，但同时又不断邀集挑战、迎接实测和理论的挑战，追求自我改观、深化学科的认识。
在目前面临的几个重大挑战中，属“视限空白区”最大的星系层次占很大的比重。其中有：
（1）星系分布的大尺度结构。星系是由数十亿至数千亿颗恒星和气体尘埃构成的庞大天体系统，其大小从数千到数十万光年。现代望远镜能观测到的星系数目估计有数十亿个。它们在空间的分布同微波背景辐射相比，是很不均匀的。它们有成团的趋势：有的三三两两靠在一起，有的构成含数十个成员的星系群，还有由成百上千个星系组成的星系团。人们利用哈勃定律通过谱线红移测定了数万个星系的距离，从而描绘出星系在三维分布中的图像。分析结果表明，星系象是集中在一堆肥皂泡的泡壁上：壁上星系密度为平均值的5倍，而泡内密度则为平均值的1/5（称为“空洞”）。20世纪80年代末，发现了目前宇宙中已知的最大结构——长达5亿光年的“长城”，在那里集中了比最大的星系还大1万倍的质量！这样大尺度的不均匀性是如何形成的，除了引力之外还有无别的力量参与？这是任何宇宙演化理论都必须回答的关键问题之一。
（2）早在20世纪30年代，在星系团动力学的研究中，发现由动力学方法测定的星系团质量远大于由光度推算出来的质量。这就是说，存在着未能直接探测到的“暗物体”。尔后发现，各类天体中暗物体与可视物体之比，随天体尺度而异。尺度越大的天体，暗物体的比例越大。总起来，平均宇宙密度中，暗物体要占90%，它们是一时还探测不到的暗弱红星、行星、气体？是根本没有光信息的黑洞？或带有微小质量的中微子？或除引力作用外不参与其它作用的某种亚原子粒子？暗物体在宇宙整体中份量如此之大，这个问题是摆在我们面前的一大挑战。
（3）星系形成时期，目前的天文望远镜还无力探测。星系的演化，可以通过观测一批不同红移的星系来研究，目前只能说是初见端倪。星系层次中引人瞩目的类星体，以及随后与类星体归入同一门类的各种活动星系核，自20世纪60年代以来一直强烈地吸引着实测和理论探讨。类星体一开始就以高红移值突出其特异性。相应的距离为数十亿到百余亿光年。这是在“视限空白区”中的一个重大开拓。类星体的亮度和变光表明，每秒钟发出的能量比最强的星系还要强几百倍乃至更多。而这种能量是在核心处1光年数量级的小范围中发出的。类星体（以及活动星系核）披露的许多现象和引发的许多问题都处在当前天文研究的前沿，但是，什么是它的“中央产生机器”始终是对当代科学的一项挑战。
除星系层次外，最严重的挑战还有太阳中微子的实测所得的量不及理论计算的1/3。这牵涉恒星演化理论的根本性内容。当然，也要求对中微子的性质作更全面的了解。
（四）天文世界的探索者
现代社会随着科学技术的发展，于是天文学与社会的关系如何？现在是侧重于它的“实用功能”。
天文世界的探索者是社会上的人。人类要探索天文世界，那么他都要有自己的目的，从而为达到目的而采取所需的手段。“第二类开发”就是结合着手段而产生的一种目的。这在科技史上是一件一般的事实。但对天文学，这方面具体谈得不多。这里只想一般叙述科技领域中的这类“开发”，并说明这同样适用于天文学。
天文学的社会目的通常认为是：
（1）从认识自然的角度，如古代的日心学说，星云学说，现代的恒星演化、宇宙学各种学说，能丰富知识，开导思路，有助于世界观的取向；
（2）一旦发现自然规律，如牛顿力学定律，将对人类认识自然，改造自然，利用自然产生革命性的影响；
（3）与其它自然科学交叉，如天体物理学，日地空间物理学，天文地球动力学等，激励新的科学开拓；（4）与技术或实用任务交叉，如自古以来的授时，编历，以及太阳活动预报等，产生实际应用价值。
对这些社会目的的轻重缓急，不同的时机、不同的人会有不同的看法。其中第二和第四点联系到“实用”，然而前者属“长期效应”，尤其是天文学，后者则均可“另立门户”，脱离了天文学的主流。我们这里要说的实质上属“短期效应”，主要的机制为“社会科技工具储备”的循环。
我们把以认识自然为目的、旨在发现自然现象、探索自然规律的科学称为自然科学；把利用已有的科学、技术知识，针对应用目标或应用方向，发明新的“工具”，或创造新的材料，或发明新的方法的科学称为技术科学。
在这里我们所说的“工具”就是指研制“工具”和运用“工具”的知识，包括“感性工具”和“理性工具”。天文“感性工具”是各个波段的天文望远镜，包括聚“光”系统，探测、记录、存储系统的研制和运用的知识；天文“理性工具”是用以建立天体和天体系统的“数学模型”和“物理模型”的数学和物理学知识。
把全社会已经掌握的“工具”（注意，指的是知识）视为“全社会科技工具储备”。一门科学，例如天文学，在从事前沿研究时，首先是从全社会科技“工具”储备中提取所需的感性和理性“工具”，组合、加工成针对其研究课题的新的“工具”，用以进行前沿的开拓。这种新“工具”一经创造出，可立即反过来充实全社会的科技“工具”储备。这是一种良性循环。全社会各种科技门类都可以从这个储备提取“工具”，而所有科技门类又随时向这个“储备”投入新的“工具”。“全社会科技工具储备”代表着这个社会的“科技应变”能力。这类“应变”的要求随时都在发生，小到一个工厂中某一产品的技术问题，大到某种国家建设项目的“攻关较量”，只有素有储备才能“应变”。
在生产应用中，这种“应变”属通常所谓的“开发”环节。
这里所说的“工具”，和一般工具一样，都有程度不同的普适性。一项“工具”、一项“新工具”（技术发明、方法创新的结果），无论是现代技术研究本身的成果，还是技术应用于“开发”的研究成果，都好比是人的“四肢、五官”（四肢、脑、感应器官……）能力的延伸。这种能力进步的重要途径之一是在解决实际问题上的实践，而解决高难度问题则是“高、尖、难”的“工具”创新（技术创新，理论、方法创新）的泉源。这种关系在技术科学和生产应用中的体现是众所熟知的。
但是“科技工具”不独是应用于生产，它们同样为自然科学和技术科学发展所必需。而科学本身，处于“高、难”问题的前端，因此在应用“高、尖、难”的“工具”和创造“高、尖、难”的“工具”的良性循环中居重要地位。我们可以把“工具”应用于自然科学和技术科学的中间环节称为“第二类开发”。第二类开发更直接地关系到“高、尖、难”“工具”的发展和“储备”。
“全社会科技工具”的“储备”代表这个社会的科技能力。相当于人的体力和智力。体力和智力的锻炼和提高是基础性的，需要毅力、恒心和远见。
谈到了天文学，为了探索宇宙，人们造出了强于肉眼几千倍的望远镜，分辩能力达到万分之一角秒，目前，投入工作的在各个波段的有不下10种巨型天文设备（总造价达50亿美元以上）。“千里眼”的能力将更有10倍或更多一些的全面提高。具备这种“视觉能力”的人能在科学、技术、生产、军事……一朝需要的“应变”中起什么样的作用，应当是值得置问的一个论题。
