從哥白尼到牛頓再到愛因斯坦，人們的宇宙觀不斷地發生著飛躍。與這個進程同時發生的，還有滿足我們好奇心的那些觀測設備的不斷升級換代。最初我們只有自己的眼睛，後來有了口徑比較小的折射式望遠鏡，再後來又有了口徑越來越大的反射式望遠鏡。
從伽利略到當時世界上最大的利維坦望遠鏡人類的瞳孔直徑，在黑暗的環境中完全舒展時也只有9毫米，加上最適合觀星的其他自然環境條件，就達到了無工具觀測能力的極限。最早期的望遠鏡，如伽利略使用的那種，對這種極限的提升幅度並不大：伽利略自己製造的第一架望遠鏡口徑只有15毫米。
但是，增加了的口徑畢竟帶來了更大的通光面積，從而可以收集到更多的星光送入人眼。到了17世紀晚期，無論是折射望遠鏡還是反射望遠鏡，其口徑都已經能夠超過人類手掌的大小，開始廣泛被天文學家使用。這些望遠鏡收集光線的能力已經大大增加，因此能夠把許多更闇弱、更遙遠的天體呈現在人們眼前。
人們在這樣的視野中，辨認出許多具有明顯的延展面、呈雲霧狀的“深空天體”（deep-sky object），而且發現它們的位置相對於其他恆星是固定的，從來不會改變。這類天體被寬泛地稱作“星雲”（nebula）。
但當歷史從18世紀走進19世紀後，隨著望遠鏡的口徑變得更加巨大，分辨能力更強，人們開始發現這些“星雲”中有很大一部分具有更加精細的視覺結構。比如，赫歇爾在1781年發現了天王星之後，名聲大噪，收到的熱心資助數額之大已經超乎預期，於是建造了著名的“四十英呎大望遠鏡”，其口徑達到48英吋（約1.2米）。
而1845年由貴族帕森斯（Parsons）修建在自家城堡的望遠鏡“利維坦” （Leviathan）的口徑更是達到72英吋（約1.8米）。這些巨鏡的觀測成果，不但把已知的雲霧狀天體的數量從一百來個增加到了數千個，還讓人們得以給這些天體劃分出多種類型。早期人們對星團和星系的觀測
在這些巨鏡中，深空天體不再只是一種位置固定的暗雲狀小目標，而是呈現出了精細、豐富的形態特點。比如，有些“星雲”是幾百顆或幾千顆聚集在一起、幾乎可以逐顆看清的恆星（即“疏散星團” ），其中明亮的藍色恆星居多，經常（但不總是）伴有很多的雲氣或塵埃，這類天體通常位於離銀河系的盤面不遠的位置上。
還有些“星雲”呈一個圓球狀，其邊緣顯得稀疏瀰散，可辨認出單顆的恆星，但越靠近中心處光亮越密集，無法再分辨（即“球狀星團”）。在很長一個時期內，人們仍然無法把每個球狀星團都分解為恆星，但是依靠著不斷增加的望遠鏡口徑及其集光能力，人們足以斷定球狀星團的規模比疏散星團大得多——球狀星團通常含有數百萬、上千萬顆成員星。比起疏散星團的分佈，球狀星團在天空中的位置分佈也更具任意性，即便在遠離銀河盤面的天區也有不少。根據當時的天文技術，人們已經能認定，無論是疏散星團還是球狀星團，離我們都不超過10萬光年，也就是說，它們都沒有跑出銀河的周邊區域。
但是，還有其他一些具有視覺延展面的“星雲”是無法被辨認為星團的。如行星狀星雲、超新星遺蹟這兩種最為綺麗壯闊的深空天體（有些超新星遺蹟甚至可以與史書中記載的超新星爆發事件對應起來！如金牛座的蟹狀星雲，即梅西耶目錄中的M1，就被認定是公元 1054年人們看到的超新星遺留下來的）。
還有的星雲顯示出繽紛的顏色，如紅色的區域對應於離子氣體，對應著正在孕育恆星的區域，而藍色的區域對應於中性的氣體，反射著由新誕生的恆星發出的藍色光。聲名赫赫的“獵戶座大星雲” （M 42）就是同時含有這兩類區域的一個典型例子。另外，“星雲”的家族中還有一些橢圓形的“怪物”，即使是世界上最強有力的望遠鏡，也看不出它們的成員星和內部結構。另外，還有一些“星雲”可以辨認出很有特色的螺旋狀內部結構，這種現象也找不到合理的解釋。
最早被發現具有這種螺旋狀結構的“星雲”是M51（今稱“漩渦星系”）：72英吋口徑巨鏡“利維坦”的主人，也就是擁有“羅斯伯爵”封號的帕森斯在1845年通過這台望遠鏡看到了這種結構，當時他為這個天體畫下的素描如今也已成為天文史上的經典圖像。很快，人們又發現了另外14個擁有螺旋狀結構的“星雲”（例如M101，今稱“風車星系”），但這種螺旋形狀是如何形成的依然是個謎。今天我們知道這些“星雲”其實是銀河系之外的其他星系，但當時的人則根本沒有“星系”的概念。
順便說一下，在地球的夜空中，能看到的最大的螺旋狀星系是“仙女座大星雲”即 M31，不過它跟同類的其他一些天體有一點不同：有些同類天體只要盤面不是側對著我們，就可以通過口徑夠大的望遠鏡看到它們的螺旋狀結構，但M31的內部結構得以被揭示是離不開天文照相術的發展的。人類歷史上第一張星系照片
在照相術被用於天文之前，人們對天體做了光學觀察之後只能用素描來記錄其形象，所以早期的天文學家要想更好地和同行們分享自己的發現，通常也得是個“畫家”。著手改變這一局面的，是一位業餘天文學家羅伯茨（Isaac Roberts），他率先將照相設備接在望遠鏡之後，嘗試拍攝了一批深空天體即“星雲”的照片。
1888年，他發佈了他的代表作，拍攝的對象就是M31。在這張充滿魅力的照片中，可以看到這個天體有著與許多其他“星雲”類似的螺旋狀結構。但是，就連羅伯茨自己也不可能意識到，這就是人類拍攝的第一張星系照片。而這一張照片從此就改變了人類的天文學發展。
