1. 성단
은하계 내에는 태양과 같이 단독의 별로서 존재하는 것들도 많으나, 많은 별이 좁은 공간에 밀집해 있는 것들도 많습니다. 이것들처럼 별들이 밀집해 모여있는 집단을 성단이라고 합니다. 성단에는 산개 성단과 구상 성단의 2종류가 있고 그 크기나 성질은 전혀 다릅니다. 수십 개에서 수백 개의 별들이 밀집해 있는 것을 산개 성단 또는 은하 성단이라고 합니다. 산개 성단은 모두 은하계 내에 있고 , 원반부 특히 팔 안에 있습니다. 산개 성단의 대표적인 것으로는 플레이아데스 성단이며, 대략 120개의 별들의 집단입니다. 황소자리에 있으며, 가을에서 겨울에 걸쳐 육안으로도 잘 보입니다. 거리는 410광년입니다. 또 같은 황소자리에 있는 히아데스성단도 육안으로 잘 보이는 산개 성단의 하나입니다. 히아데스성단은 황소자리의 a성 알데바란의 주위에 있습니다. 알데바란은 성단 속에 있지 않으며 훨씬 앞에 있습니다. 성단의 별 수는 약 100개, 거리는 140광년이고, 알데바란은 70광년의 거리입니다. 대부분의 산개 성단은 젊고 밝은 O형과 B형 별만의 모임으로 적색 K형과 M형의 거성을 포함한 것은 극히 적습니다. 그리고 풍부한 가스와 먼지가 별들 사이에 채우고 있으며 마치 가스와 먼지 속에 별이 떠 있는 것과 같은 상태입니다. 플레이아데스 성단은 나이가 약 10억 년쯤으로 추측되며 우주 나이에 비해 매우 젊습니다. 물론 하나의 성단 속의 별은 거의 동시에 가스와 먼지의 덩어리에서 탄생한 것으로 추측됩니다. 이미 종족이라고 하는 별의 분류에서 산개 성단 속의 별은 종족 I이며, 수소, 헬륨 이외에 무거운 원소를 비교적 많이 포함하고 있습니다.
산개 성단은 망원경으로 보면 분명히 좁은 공간에 많은 별이 밀집해 있으므로 잘 알 수 있습니다. 그러나 천구상에는 널리 흩어져 있는 것처럼 보이는 많은 별이 사실은 하나의 집단을 만들고 있는 일도 있습니다. 이런 집단을 성협이라고 합니다. 이와 같은 성협도 모두 은하계의 원반 안에 있습니다. 산개 성단과 대조가 되는 것이 구상 성단입니다. 그 안에 있는 별의 수는 수십만에 이르며 산개 성단의 별 수보다 매우 많습니다. 크기는 산개 성단의 경우에는 뚜렷한 형태가 없으나 구상 성단에서는 구형입니다. 그 존재 장소도 산개 성단은 은하 원반의 팔에 있으며 구상 성단은 대부분이 은하의 헤일로 안에 있습니다. 헤르쿨레스자리에 있는 구상 성단은 유명합니다. 은하의 헤일로 속의 별은 종족 II로 하여 은하 원반의 종족 I의 별과 구별됩니다. 구상 성단을 이루고 있는 별은 종족 II로 스펙트럼에 따라 자세히 조사해 보면 수소와 헬륨으로 되어있으며, 산개 성단의 별은 풍부한 가스와 먼지로 채워져 있으나 구상 성단 속에는 가스와 먼지는 거의 볼 수 없습니다. 이와 같은 이유로 구상 성단은 우주 초기에 수소와 헬륨밖에 없었던 가스에서 생긴 별이 지금까지 남은 것으로 추측됩니다.
2. 성운
별과 별 사이의 공간은 수소가 주이며, 헬륨, 탄소, 질소, 산소, 칼슘, 나트륨, 타탄 등 여러 원자를 포함한 가스가 있습니다. 먼지로 불리는 고체 미립자도 있으며, 여러 종류의 화합물과 유기물이 발견되고 있습니다. 이들 별과 별 사이에 존재한 물질 중에서 특히 가스와 먼지의 밀도가 짙은 집단을 성운이라고 합니다. 가스와 먼지의 약간 짙은 덩어리가 있고 바로 가까이 고온의 별이 있어서 거기서 나오는 에너지와 강한 빛이 가스 원자에 닿아서 가스 원자는 그 에너지를 흡수하고 나서 스스로 특유의 파장을 냅니다. 먼지는 이 별빛을 그대로 반사하게 됩니다. 이 같은 원인에 의해 빛나는 성운을 발광 성운이라고 합니다. 오리온자리의 세 별의 오른쪽아래에 육안으로도 보이는 오리온성운은 대표적입니다. 발광하고 있는 성운의 빛을 스펙트럼으로 조사해 보면 그것을 구성하고 있는 물질은 수소가 압도적으로 많고 그 밖의 물질도 들어 있으나 매우 적습니다. 은하수를 망원경으로 보면 별이 가득 찬 띠같이 보이지 않습니다. 곳곳에 새까맣고 별이 거의 없는 부분과 줄이 뒤섞여 있어 검은 가스와 먼지 덩어리가 있는 것처럼 보입니다. 이것을 암흑 성운이라고 합니다. 암흑 성운의 물질은 발광 성운가 같은 것으로 생각합니다. 다른 점은 발광 성운의 경우는 가스 덩어리 주변이나 그 속에 고온의 별이 있어서 그 빛에 의해 발광하거나 반사하여 빛나는데 암흑 성운의 경우에는 주변에 고온의 별이 없기 때문에 빛을 내지 않습니다. 암흑 성운보다 앞쪽, 지구에 가까운 곳에 있는 별은 볼 수 있고 암흑 성운 뒤에 있는 별도 빛이 흡수되어 매우 어둡지만 볼 수 있습니다.
3. 성간을 이루고 있는 물질
별들 사이에는 칼슘과 나트륨이 있음이 발견되었습니다. 이것이 성간 물질 발견의 시작이었습니다. 쌍성은 궤도 운동을 하고 있으므로 한쪽이 지구로 향해 접근하면 다른 쪽은 후퇴합니다. 매우 먼 쌍성이며, 광학적으로 두 별로 분리되어 보이지 않을 경우 이 운동은 스펙트럼으로 발견합니다. 쌍성의 스펙트럼에서는 모든 암선이 이중으로 나뉘어서 한쪽이 붉은색 쪽으로 움직이면 다른 쪽은 푸른색 쪽으로 가까워집니다. 그러나 스펙트럼 속의 이온화 칼슘과 나트륨선만은 가늘고 날카로우며, 움직이지 않습니다. 이것을 칼슘, 나트륨선이 이들 별이 대기에 의한 것이 아니라 별과 지구 사이에 있는 칼슘, 나트륨에 의해 흡수된 것으로 이해되기 때문입니다. 칼슘, 나트륨에 이어 산소, 질소, 칼륨, 철, 티탄 등 여러 가지 물질이 성간에 있음이 발견되었습니다.