导语
设想一下，如果一个微生物尝试决定地球的形状，那将是多么的不切实际。同样，我们人类要确定银河系的整体形状也显得力不从心，因为我们无法站在银河系外的位置进行观察。尽管如此，从星系外部观察我们的银河系，可以帮助我们更全面地了解它的真实面貌。
爱德华·哈勃是历史上最著名的天文学家之一，他把星系的结构归类为四种基本类型：螺旋形、椭圆形、透镜状和不规则形。我们对周边的一些星系形状有所了解，但对自己居住的银河系的全貌却知之甚少。虽然我们没有绘制出完整的银河系图像来证实，但多种迹象都显示它呈螺旋形状，像向日葵的种子一样排列。这些连续的发现进一步巩固了我们对银河系形状的理解。
恒星圆盘
首个线索来源于观察夜空中密布的星辰。在没有光污染的地方，我们可以肉眼看到银河。当你在这样的环境下欣赏星空，你会发现闪烁的星星似乎都集中在一个狭窄的带状区域，而这个区域中间的部分略显模糊且更宽广。这种现象表明我们看到的是一个侧面的圆盘，这个圆盘的中心凸起部分是银河系的中心。
起初，这种观点让人难以置信，因为无论朝哪个方向看，似乎星星无处不在。但如果你能在数百个不同位置观察并绘制夜空，这个圆盘的形状就会变得明显。在20世纪，天文学家雅各布斯·卡普坦和其他天文学家在全球600多个地点拍摄夜空，制作了一张详尽的银河系全景图。在这张雅各布斯的地图上，可以清晰地看到恒星密集形成的弧线。现在，天文学家们已经将这些弧线的角度缩小至15度。此外，两微米全天巡天计划（2MASS）使用红外线技术拍摄的银河系圆盘图像也非常清晰。
如果星系的形状不同，恒星的排列模式也会完全不同。例如，如果银河系呈球形，则恒星及其光芒会分布在整个天空中，而不是集中在一条线上。而如果它是椭圆形，我们可能位于平面的某一侧，这会使天空的一侧明亮得多。
旋转速度
另一个关键线索是银河系中恒星的运动方式。当天文学家定位恒星并测量其速度时，发现这些速度向量具有与随机运动不同的旋转成分。这种现象是螺旋星系的典型特征。如同太阳这样的恒星是由巨大的氢气云在重力作用下聚集而成。残留的氢尘和气体被新形成的恒星的辐射驱散。当这些气体云与光相互作用时，它们会随机地散射光子，在恒星周围形成发光点。通过追踪这些光点，我们可以定位恒星，这些光点成为恒星的标志。天文学家在定位这些光点时，发现它们主要分布在从银河系中心向外延伸的螺旋分支上。这些被称为螺旋星系的「旋臂」。
经过75年的研究，无线电波、红外线和甚至X射线望远镜都证实了这些旋臂的存在，并发现这些螺旋云延展约10万光年（圆盘直径），其厚度约1000光年（圆盘厚度）。在这个壮观的圆盘中，我们渺小的太阳系位于其中一个旋臂的内侧边缘，距离中心约25000光年。
雅各布斯启动的任务，现在将由盖亚卫星来完成。我们最初的银河系地图将很快过时，因为这颗卫星正在构建银河系中最大、最精确的恒星地图。它的目标是绘制大约10亿颗恒星、行星尘埃和每一个天体的详细信息，这些工作仍在进行中。
在确定银河系的旋臂之后，关于这些旋臂是由四个还是两个组成的争论一直存在。美国宇航局的研究最终确认，银河系由四条旋臂组成，分别命名为矩尺座旋臂、天鹅座旋臂、人马座旋臂、南十字座旋臂和盾牌座旋臂、英仙座旋臂。此外，银河系不仅仅是螺旋形的，它还是一种棒旋星云，其旋臂不是像百合花的花瓣那样从中心点辐射出来，而是从位于星系中心的一个矩形条形的两端散发出来。
鸭子测试
第三种也是最直接的方法，我们可以通过所谓的「鸭子测试」来确定我们星系的形状。粒子物理学家通过在数学上预先预测粒子的存在来发现新粒子。这些粒子非常难以捕捉，存在时间极短，以至于即使是最先进的探测器也难以直接观察到它们。物理学家们通过观察这些粒子留下的迹象来进行研究，如果这些迹象与预测相符，那么它们就确定找到了目标粒子。这种方法虽然看起来有些奇特，但其逻辑是：「如果它看起来像鸭子，游泳像鸭子，叫声也像鸭子，那么它很可能就是鸭子。」
同理，我们通过研究其他螺旋星系的性质，例如尘埃含量、恒星排列及其速度，并将这些特征与我们的星系进行比较。显然，这些发现与我们星系的特征高度一致，证明了它们都属于螺旋星系。
对于那些仍持怀疑态度的人来说，另一个更直接的方法是将一颗卫星以光速推出星系外。这颗卫星可以从外部拍摄银河系的照片，最终让所有怀疑者信服它是螺旋形的。不幸的是，这种方法不仅需要数万年的时间让卫星离开银河系，还需要额外数万年的时间才能将照片传回地球。如果你认为餐厅服务的等待已经够让人不耐烦的，那么这种方法的耐心考验就更加严峻了。
