銀河系是如何形成的，這個問題在現代天體物理研究中有著重要的地位.合理的銀河系形成機制，應能對銀河系的結構及各種成分（包括星族、星團等）的觀測性質做出恰當的解釋.不僅如此，有關的主要結論還應在河外星系，特別是在與銀河系有同類形態的旋渦星系上得到印證. ﹪
　　天文學家把物質中某類元素含量所佔的比例稱為該類元素的豐度.宇宙中含量最豐富的元素是氫，約佔物質總量的71%；其次是氦，約佔27%；其他元素統稱為“重元素”或“金屬元素”，而全部重元素總的豐度僅在2%左右.氫是宇宙早期即已存在的原初元素，大部分氦生成于大爆炸發生後的3分鐘內，因而在原初星際介質和由此生成的第一代恆星中，金屬元素豐度極低.另一方面，幾乎所有的重元素都是在恆星演化過程中經內部核反應合成的，稱為核合成，並通過超新星爆發以及星風等途徑送入星際介質.﹪
　　銀河系的化學演化必然與恆星演化密切相關.恆星演化的進程取決于恆星質量，質量越大演化得越快.大質量恆星的演化很快，最快的僅需經過幾百萬年時間，便以超新星爆發而終其一生.由于銀河系年齡超過100億年，歷時幾百萬年甚至更長的一些過程，相對銀河系的一生來說實際上是很短的.這類短時標事件在銀河系的整個演化史中會不斷出現，其結果是注入星際介質中的重元素不斷增多.因此，星際介質以及由星際介質坍縮形成的恆星內的重元素豐度，必然隨宇宙年齡的增大而增大，這一過程稱為“元素增豐”.顯然，在目前存在的恆星中，金屬豐度越低年齡越老，它們必定是一些長壽命的小質量恆星，因為大質量恆星早已壽終正寢了；近期誕生的恆星金屬豐度就高，它們質量可以有大有小. ﹪
　　1962年，三位美國天文學家艾根（Eggen O J）、林登貝爾（Linden-Bell D）和桑德奇（Sandage A）提出了一種銀河系形成的圖像，後人稱為ELS理論〔4〕.這種理論認為，銀河系形成于一個大致呈球形的巨大原星系雲.這個雲最初的金屬豐度很低，並因引力作用而處于自由下落狀態，稱為引力坍縮.在坍縮過程中，雲的自轉速度不斷增大，以保持角動量守恆，大部分重元素豐度很低的所謂“貧金屬星”和球狀星團就是在這一過程中形成的，而目前觀測到的這類老年星族II天體具有很扁的運動軌道，便是原星系雲自由坍縮的直接結果.又因為坍縮過程進行得很快，期間形成的球狀星團便有大致相同的年齡.當雲的半徑收縮到原星系雲半徑的十分之一左右時，由于超新星爆發不斷出現，雲變成富金屬態，並逐漸變為扁平狀，形成一個由離心力支撐的盤結構.這時銀盤及盤族恆星開始形成，並保持這種狀態直到今天，盤內恆星較為年輕，金屬豐度則比較高.ELS理論可以較好地說明許多重要觀測事實，如銀河系的總體結構、不同星族恆星的年齡、金屬豐度和運動狀態等.﹪
　　觀測結果表明，老年球狀星團的金屬豐度各不相同，且差異較為顯著，這一事實給ELS的快坍縮模型帶來了如下困難︰既然坍縮過程進行得很快，期間元素增豐的效果就不會很明顯，不同球狀星團的金屬豐度應該相差不大.為了解決這一矛盾，1977年西爾勒（Searle L）等提出了另一種不同的銀河系形成模型〔5〕.這種模型的基本觀點是，銀河系由幾十個較小的星系雲並合而成，而不是生成于單一的巨原星系雲.這些小雲塊的質量約為10　8太陽質量，它們各自演化成較小的系統，並相互踫撞、並合，在一種緩慢的坍縮過程中，最終形成銀河系.由于在同一時間段內不同小星系內部的增豐情況各不相同，從而較好地解釋了球狀星團在金屬豐度上的差異.西爾勒模型稱為慢坍縮模型，以區別于ELS的快坍縮模型.後來的一些數值模擬工作表明，小星系確實會通過相互並合形成更大的系統，從而支持了西爾勒模型.不過，銀河系純粹由大量小星系並合而成的機制很難解釋銀盤的形成，為做到這一點，必須對並合的具體方式加以嚴格的限定，如小星系在並合過程中應取適當的運動路徑等，而這顯然很不現實.還有，盡管對銀河系核球的起源仍很不明晰，但是構成核球的物質很可能是以氣體，而不是以恆星的形式並入銀河系，對這一點的解釋ELS模型顯得更為自然.﹪
　　近年來的不少觀測研究表明，宇宙中星系的並合和吸積現象確實存在，如銀河系曾經吸積了一些球狀星團和暈族恆星.又如，離銀河系最近的河外星系——大麥哲倫星雲，正在不斷地朝著銀河系旋進，預期最終可能會被銀河系吞並，屆時大麥哲倫星雲中的球狀星團便自然成為銀河系的成員.看來，銀河系的形成和演化機制應該是比較復雜的，很可能既取決于銀河系的內部過程——坍縮，又涉及外部因素——吸積和並合.﹪
　　
　　3 厚盤發現帶來的問題﹪
　　
　　除了尚不十分明確的暗暈部分外，銀河系物質主要以恆星形式出現，並集中分布在銀盤中.在銀道面附近，恆星數密度（單位體積內的恆星個數）最高，隨著恆星到銀道面距離（銀面距）的增大，恆星數密度逐漸降低.通常認為，恆星數密度ν隨銀面距z的變化規律，即函數ν(z)大體上具有指數分布形式︰ν(z)=ν﹣0e-z/h，其中的e=2.7182…為自然對數底，ν0是銀道面上（即﹢z﹢=0處）的恆星數密度，而h稱為標高.標高的物理含意是，銀面距每增大h秒差距，恆星的數密度便減小到1/e倍.如何利用實測資料確定函數中ν0和h的具體數值，是研究銀河系恆星分布的重要內容之一.自赫歇爾以來的近200年內，天文界一直認為銀盤中恆星在垂直銀道面方向上只具有單一的指數分布結構.﹪
　　1983年，英國天文學家吉爾莫（Gilmore N）和萊德（Reid G）經過對12,500顆恆星的觀測資料進行詳細分析後首次明確提出〔6〕，銀盤中的恆星並不僅有單一的成分，而是可以分屬于兩種形態不同的結構，或者說恆星在垂直銀道面方向上的分布需要用2個不同的指數成分——薄盤和厚盤來表述(見圖5).在銀面距﹢z﹢≦1000pc(秒差距)的範圍內，恆星可以用一個指數分布來描述，標高約為300 pc, 這就是薄盤，也就是原來意義上的銀盤.在銀面距﹢z﹢=1000—5000pc範圍內的恆星主要屬于第二個指數成分，標高約為1450pc, 稱為厚盤.不過，構成薄盤和厚盤的恆星在空間分布上是互相套疊在一起，其間並沒有任何使之一分為二的邊界，這正是厚盤結構在20多年前才被確認的主要原因之一.具體來說，在銀道面附近，主要是薄盤恆星，屬于厚盤的恆星甚少，如在太陽附近厚盤恆星約只佔恆星總數的2%.由于薄盤恆星分布的標高只及厚盤標高的五分之一，隨著銀面距的增大，薄盤恆星的數密度相對厚盤恆星迅速減小，在遠離銀道面的地方,厚盤恆星便很快佔據上風.﹪
　　
　　恆星分布﹢ν(z)﹢不能用單一指數律來表述,這可以有兩種物理解釋︰即銀河系只有單一盤，而﹢ν(z)﹢為非指數分布；或者，同時存在薄盤和厚盤，且兩個盤均表現為指數分布.但是，沒有任何理由認定　﹢ν(z)﹢必然具有指數形式，並對實測結果用存在兩個盤來加以解釋，除非能證明組成兩個盤的恆星具有明顯不同的內稟性質（比如年齡或金屬豐度等）.﹪
　　後來的一些研究表明，屬于薄盤和厚盤的恆星，確實在物理和運動學性質上有著明顯的差異.厚盤恆星的年齡不小于80億年，絕大部分大于100億年，而薄盤恆星的年齡則普遍小于80億年.在化學組成上，厚盤恆星的金屬豐度比較低，而薄盤恆星的金屬豐度比較高.在運動學狀態方面，與厚盤相比，薄盤恆星繞銀心的轉動速度比較大，但不同恆星之間的速度彌散度比較小，顯得較為“步調一致”.