就像地球、太陽一樣，星系確實都在自轉。這種自轉運動會使像銀河系這樣的螺旋星系呈現(xiàn)為扁平的圓形。就其各部分的切向速度而言，星系的自轉速度非?？?。例如，我們的太陽系在參與銀河系自轉的過程中，以每小時79.2萬公里（220公里/秒）的速度在星際空間中運行。那么，如果星系的各個部分移動得如此之快，為什么它們看起來會像是靜止的呢？

簡單來說，這是因為星系大得難以想象。從遠處看，一個高速運動的物體看起來顯得很慢，例如，天上的飛機看起來是在慢慢運動，盡管飛機的時速可達900公里。這不是什么心理效，在一個巨大的空間中，當物體的速度用它所要行進的總距離的百分比來表示時，它實際上運動得非常慢。

我們的太陽系距離銀河系中心大約2.6萬光年，所以太陽系環(huán)繞銀河系運動一圈所需要行進的距離是16.3萬光年，即155億億（1.55×10^18）公里。雖然太陽系正以每小時79.2萬公里的速度再空間中快速運動，但我們環(huán)繞銀心旋轉一周仍需要大約2.2億年的時間。

就完成一次環(huán)繞銀河系的運動而言，太陽系以每小時1000萬億分之五圈的速度繞銀心運行。如果河外星系中存在外星文明，并且他們可以觀測到整個銀河系，由于我們的星系旋轉得非常緩慢，以至于看起來根本就沒有旋轉。同樣地，我們觀測其他星系，也無法直接看出它們的旋轉。

由于太陽以及其他恒星環(huán)繞銀心旋轉的角速度很慢，這使得我們也看不出夜空中的恒星運動。無論我們什么時候觀測星空，恒星的相對位置都是保持恒定的。

不過，也有例外的情況。位于6光年外的巴納德星是離太陽第四近的恒星，它的自行速度非?？?。如果把巴納德星每隔五年在星空中的位置做個比較，就會發(fā)現(xiàn)它相對于背景星空出現(xiàn)了明顯的移動：

盡管如此，人的肉眼是不可能看出巴納德星的自行運動，6光年的距離還是太遠了。

雖然肉眼看不出星系的自轉，但天文學家通過對星系自轉的研究，有了意想不到的發(fā)現(xiàn)。理論上，越遠離星系中心的恒星繞著星系中心旋轉的速度應該越慢，這就像行星繞著恒星旋轉那樣遵循開普勒定律。然而，觀測結果非常令天文學家意外，因為恒星的公轉速度并沒有隨著距離的增加而逐漸減小，而是基本維持恒定，如下圖所示：

這是已有的理論所無法解釋的情況，因為如果星系邊緣的恒星公轉速度也很快，這些恒星就不可能會被星系束縛住，星系的結構早就會散掉。對此的解釋有兩種，一種解釋是現(xiàn)有的引力理論有問題，需要進行修正，修正牛頓引力理論就是一個例子。

還有一種解釋是星系中存在著一種不為人知的物質，它們并非由質子和中子構成的重子物質，這種特殊的物質可以起到引力的作用，但基本上不會發(fā)生電磁作用，所以它們無法直接用天文望遠鏡來探測，天文學家把這種物質稱為暗物質。暗物質假說更受青睞，因為還有其他證據(jù)可以支持它們的存在。

據(jù)估計，如果宇宙中存在暗物質，它們的含量是普通物質的5倍。目前的理論認為，暗物質可能是由大質量弱相互作用粒子構成，這是天文學家一直在尋找的神秘粒子。我國在2015年發(fā)射了“悟空號”暗物質粒子探測器，它的其中一個主要目標是尋找暗物質。如果能夠找到暗物質，這必將是天文學的又一里程碑。