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O Stonehenge é uma estrutura composta, formada por círculos concêntricos de pedras que chegam a ter cinco metros de altura e a pesar quase cinquenta toneladas, onde se identificam três distintos períodos construtivos:

. O chamado Período I (c. 3100 a.C.), quando o monumento não passava de uma simples vala circular com 97,54 metros de diâmetro, dispondo de uma única entrada. Internamente erguia-se um banco de pedras e um santuário de madeira. Cinquenta e seis furos externos ao seu perímetro continham restos humanos cremados. O círculo estava alinhado com o pôr do Sol do último dia do Inverno, e com as fases da Lua.
. Durante o chamado Período II (c. 2150 a.C.) deu-se a realocação do santuário de madeira, a construção de dois círculos de pedras azuis (coloridas com um matiz azulado), o alargamento da entrada, a construção de uma avenida de entrada marcada por valas paralelas alinhadas com o Sol nascente do primeiro dia do Verão, e a construção do círculo externo, com 35 pedras que pesavam toneladas. As altas pedras azuis, que pesam quatro toneladas, foram transportadas das montanhas de Gales a cerca de 260 km, há 5000 anos atrás
. No chamado Período III (c. 2075 a.C.), as pedras azuis foram derrubadas e as pedras de grandes dimensões (megálitos) - ainda no local - foram erguidas. Estas pedras, medindo em média 5,49 metros de altura e pesando cerca de 25 toneladas cada, foram transportadas do Norte por 19 quilômetros. Entre 1500 a.C. e 1100 a.C., aproximadamente sessenta das pedras azuis foram restauradas e erguidas em um círculo interno, com outras dezenove, colocadas em forma ferradura, também dentro do círculo.
Estima-se que essas três fases da construção requereram mais de trinta milhões de horas de trabalho.

Recolhendo os dados a respeito do movimento de corpos celestiais, as observações de Stonehenge foram usadas para indicar os dias apropriados no ciclo ritual anual. Nesta consideração, é importante mencionar que a estrutura não foi usada somente para determinar o ciclo agrícola, uma vez que nesta região o Solstício de Verão ocorre bem após o começo da estação de crescimento; e o Solstício de inverno bem depois que a colheita é terminada. Desta forma, as teorias atuais a respeito da finalidade de Stonehenge sugerem seu uso simultâneo para observações astronômicas e a funções religiosas, sendo improvável que estivesse sendo utilizado após 1100 a.C..

A respeito da sua forma e funções arquitetônicas, os estudiosos sugeriram que Stonehenge - especialmente os seus círculos mais antigos - pretendia ser a réplica de um santuário de pedra, sendo que os de madeira eram mais comuns em épocas Neolíticas.

No dia 21 de Junho, o Sol nasce em perfeita exatidão sob a pedra principal.

Segundo dados mais recentes, obtidos por arqueólogos chefiados por Mike Parker Pearson, Stonehenge está relacionada com a existência do povoado Durrington. Este povoado formado por algumas dezenas de casas construídas entre 2600 a.C. e 2500 a.C., situado em Durrington Walls, perto de Salisbury, é considerada a maior aldeia neolítica do Reino Unido. Segundo os arqueólogos foi aí encontrada uma espécie de réplica de Stonehenge, em madeira.