導語
設想一下，如果一個微生物嘗試決定地球的形狀，那將是多麽的不切實際。同樣，我們人類要確定銀河系的整體形狀也顯得力不從心，因為我們無法站在銀河系外的位置進行觀察。盡管如此，從星系外部觀察我們的銀河系，可以幫助我們更全面地了解它的真實面貌。
愛德華·哈伯是歷史上最著名的天文學家之一，他把星系的結構歸類為四種基本類別：螺旋形、橢圓形、透鏡狀和不規則形。我們對周邊的一些星系形狀有所了解，但對自己居住的銀河系的全貌卻知之甚少。雖然我們沒有繪制出完整的銀河系影像來證實，但多種跡象都顯示它呈螺旋形狀，像向日葵的種子一樣排列。這些連續的發現進一步鞏固了我們對銀河系形狀的理解。
恒星圓盤
首個線索來源於觀察夜空中密布的星辰。在沒有光汙染的地方，我們可以肉眼看到銀河。當你在這樣的環境下欣賞星空，你會發現閃爍的星星似乎都集中在一個狹窄的帶狀區域，而這個區域中間的部份略顯模糊且更寬廣。這種現象表明我們看到的是一個側面的圓盤，這個圓盤的中心凸起部份是銀河系的中心。
起初，這種觀點讓人難以置信，因為無論朝哪個方向看，似乎星星無處不在。但如果你能在數百個不同位置觀察並繪制夜空，這個圓盤的形狀就會變得明顯。在20世紀，天文學家雅各布斯·卡普坦和其他天文學家在全球600多個地點拍攝夜空，制作了一張詳盡的銀河系全景圖。在這張雅各布斯的地圖上，可以清晰地看到恒星密集形成的弧線。現在，天文學家們已經將這些弧線的角度縮小至15度。此外，兩微米全天巡天計劃（2MASS）使用紅外線技術拍攝的銀河系圓盤影像也非常清晰。
如果星系的形狀不同，恒星的排列模式也會完全不同。例如，如果銀河系呈球形，則恒星及其光芒會分布在整個天空中，而不是集中在一條線上。而如果它是橢圓形，我們可能位於平面的某一側，這會使天空的一側明亮得多。
旋轉速度
另一個關鍵線索是銀河系中恒星的運動方式。當天文學家定位恒星並測量其速度時，發現這些速度向量具有與隨機運動不同的旋轉成分。這種現象是螺旋星系的典型特征。如同太陽這樣的恒星是由巨大的氫氣雲在重力作用下聚集而成。殘留的氫塵和氣體被新形成的恒星的輻射驅散。當這些氣體雲與光相互作用時，它們會隨機地散射光子，在恒星周圍形成發光點。透過追蹤這些光點，我們可以定位恒星，這些光點成為恒星的標誌。天文學家在定位這些光點時，發現它們主要分布在從銀河系中心向外延伸的螺旋分支上。這些被稱為螺旋星系的「旋臂」。
經過75年的研究，無線電波、紅外線和甚至X射線望遠鏡都證實了這些旋臂的存在，並行現這些螺旋雲延展約10萬光年（圓盤直徑），其厚度約1000光年（圓盤厚度）。在這個壯觀的圓盤中，我們渺小的太陽系位於其中一個旋臂的內側邊緣，距離中心約25000光年。
雅各布斯啟動的任務，現在將由蓋亞衛星來完成。我們最初的銀河系地圖將很快過時，因為這顆衛星正在構建銀河系中最大、最精確的恒星地圖。它的目標是繪制大約10億顆恒星、行星塵埃和每一個天體的詳細資訊，這些工作仍在進行中。
在確定銀河系的旋臂之後，關於這些旋臂是由四個還是兩個組成的爭論一直存在。美國太空總署的研究最終確認，銀河系由四條旋臂組成，分別命名為矩尺座旋臂、天鵝座旋臂、人馬座旋臂、南十字座旋臂和盾牌座旋臂、英仙座旋臂。此外，銀河系不僅僅是螺旋形的，它還是一種棒旋星雲，其旋臂不是像百合花的花瓣那樣從中心點輻射出來，而是從位於星系中心的一個矩形條形的兩端散發出來。
鴨子測試
第三種也是最直接的方法，我們可以透過所謂的「鴨子測試」來確定我們星系的形狀。粒子物理學家透過在數學上預先預測粒子的存在來發現新粒子。這些粒子非常難以捕捉，存在時間極短，以至於即使是最先進的探測器也難以直接觀察到它們。物理學家們透過觀察這些粒子留下的跡象來進行研究，如果這些跡象與預測相符，那麽它們就確定找到了目標粒子。這種方法雖然看起來有些奇特，但其邏輯是：「如果它看起來像鴨子，遊泳像鴨子，叫聲也像鴨子，那麽它很可能就是鴨子。」
同理，我們透過研究其他螺旋星系的性質，例如塵埃含量、恒星排列及其速度，並將這些特征與我們的星系進行比較。顯然，這些發現與我們星系的特征高度一致，證明了它們都屬於螺旋星系。
對於那些仍持懷疑態度的人來說，另一個更直接的方法是將一顆衛星以光速推出星系外。這顆衛星可以從外部拍攝銀河系的照片，最終讓所有懷疑者信服它是螺旋形的。不幸的是，這種方法不僅需要數萬年的時間讓衛星離開銀河系，還需要額外數萬年的時間才能將照片傳回地球。如果你認為餐廳服務的等待已經夠讓人不耐煩的，那麽這種方法的耐心考驗就更加嚴峻了。
