从球状星团的赫罗图形状可以判断,较老的球状星团的年龄差不多都达到100亿年左右。按照同位素年代学计算,太阳系中某些重元素是在50亿到 100亿年前形成的,即最老天体的年龄都不超过200亿年。
在宇宙中,氢和氦是最丰富的元素,二者丰度之和约占99%。而且氢和氦的丰度比在许多不同的天体上均约为三比一左右。
这些大尺度上的现象,反映出大尺度天体系统具有特别的性质。它的结构、运动和演化并非小尺度天体系统的简单延长。现代宇宙学正是以研究这一系列大尺度上所固有的特征而与其他天文分支学科相区别的。
宇宙模型主要包括三方面的问题,即大尺度上天体系统的结构特征、运动形态和演化方式。关于大尺度上天体系统的结构,有两种不同的模型。一种是均匀模型,另一种是等级模型。前者认为在大尺度上天体分布基本上是均匀各向同性的,或者说,在大尺度上没有任何形式的中心,没有任何形式的特殊点,这种假定常常称为宇宙学原理。等级模型则认为在任何尺度上,物质分布都具有非均匀性,即天体分布是逐级成团的。
河外天体的系统性红移现象与大尺度的运动形态有密切关系。说明红移现象的各种理论,都要涉及这个问题。大致说来,这些理论分为两种类型:
第一种理论认为系统性红移是系统性运动的反映,各种膨胀宇宙模型都属于这一类。第二种理论认为红移现象不是系统性运动的结果,而是由另外的机制形成的。例如假定光子在传播过程中,能量慢慢衰减;或者假定红移是由天体本身结构不同而引起的,等等。
演化问题的探讨自从红移发现之后就开始了,但是大量的研究还是在微波背景辐射发现之后才进行的。根据微波背景辐射的黑体谱,可以用某个温度来标志大尺度天区的性质。问题是:背景辐射从何而来?这个温度是怎样变化的?温度变化对天体系统的状态有什么影响?这就是宇宙模型要回答的问题。
按照大尺度特征变化与否来区分,有稳恒态宇宙模型和演化态模型。前者认为大尺度上的物质分布和物理性质不随时间变化;后者则认为随着时间的推移基本特征有明显变化。
按照与温度有关的演化方式来区分,则有热模型和冷模型。前者主张温度是从高到低,后者主张温度是从低到高发展的。
按照物质组成来区分,有“正”物质模型和“正—反”物质模型。前者主张宇宙全由“正”物质组成,后者主张由等量的“正”物质和“反”物质组成。
在已有的各种宇宙模型中,以热大爆炸宇宙模型最有影响,因为与其他模型相比,它能说明的观测事实最多。