为什么说银河系是一个螺旋星系？

人类决定银河系形状的行为相当于一种微生物决定地球形状。我们无法得到一个合适的有利位置来辨别它，因为这个位置肯定存在于银河系之外。但从星系外部来观察它可以了解它的全貌。

爱德华?哈勃可能是最受称赞的天文学家，他将星系的结构缩小为四种基本形状：螺旋形、椭圆形、透镜状和不规则形。我们知道了一些周围其他星系的形状，但自己的星系还没弄清楚。虽然没有绘制出整个银河系的图形来证明，但我们确实有一些线索，线索表明它是螺旋状的，就像向日葵的种子排列。连续发现的线索进一步巩固了我们对银河系形状的主张。

恒星圆盘

第一个线索可以从凝视那些布满黑暗夜空中的星星来获得。在一个没有空气污染的地区，肉眼就可观察到银河系。当欣赏这美丽的风景时，观察者会注意到，闪烁的星星穿过黑暗排列在一个狭窄的带状区域里。在这个区域之间有一个模糊的凸起，它比两边的带状区域要宽一些。这样一个压缩的恒星带的出现表明我们正在看一个圆盘侧边。银河系是一个扁平的圆盘，其中的凸起是星系中心。

起初，这让人怀疑。因为无论把目光投向何处，似乎都能找到星星。然而，如果你从几百个不同的地方绘制天空，这个圆盘就会清晰可见。20世纪，天文学家雅各布斯?卡普坦在其他天文学家的帮助下，在600多个不同的地点拍摄了天空，制作出了一幅高精度的银河系全景图。在雅各布斯地图中清晰可见恒星集中的弧。现在，天文学家已经将弧线的角度缩小到15度。此外，两微米巡天计划（2MASS）用红外线拍摄了银河系，这个圆盘图像很清晰。

如果星系形状是不同，那么恒星的排列也会完全不同。例如，如果银河系是球形的，那么恒星和它们的光芒就会分散在整个天空，而不是局限于一列。然而，如果它的形状是椭圆的，这样我们就会在平面的下方或上方，天空会被分成其中一边比另一边更亮。

旋转速度

另一个线索是银河系中恒星运动的方式。当定位恒星并测量它们的速度时，我们发现这个矢量有一个与随机运动不同的旋转分量。这就是螺旋星系的特征。像太阳这样的恒星是一个巨大稠密的氢气云在重力作用下聚集在一起时形成的。残余的氢尘或气体被新生恒星耀斑驱散。当这种云与光相互作用时，它会随意地散射光子，在恒星附近的制造发光点。我们可以通过搜索这些斑点来定位恒星，它们就是恒星日托地标。当天文学家定位这些点时，他们发现恒星集中在从中心炫目的光亮中伸出来螺旋分枝上。我们把这些螺旋分支称为螺旋星系的“旋臂”。

经过了75年的研究，无线电、红外线甚至X射线望远镜都证实了它们的存在，并发现螺旋云延伸了10万光年（圆盘的直径），厚度为1000光年（圆盘的厚度）。在这个华丽的圆盘上，我们微小的太阳系位于一个支臂的内边缘，离中心大约有25000光年。

雅各布斯开始的任务将由盖亚卫星完成收尾。我们的原始地图很快就会作废，因为这颗卫星正在建造银河系中最大、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细节，当然这些都还有待完成。

在发现了星系的旋臂之后，关于这个螺旋体是由4个还是2个旋臂组成的一直存在着争论。美国宇航局对此进行了确认，发现银河系有四条旋臂，分别命名为矩尺座旋臂和天鹅座旋臂、人马座旋臂、南十字座旋臂和盾牌座旋臂、英仙座旋臂。另外，这个星系不仅仅是螺旋形，还是一个棒旋星云，这个螺旋星系不是像百合花的花瓣那样从一个圆点散发出来，而是从位于星系中心的一个矩形长条的两个较短的边散发。

鸭子测试

第三种也是最简单的方法，我们可以通过参照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首先预测粒子的存在来发现一个新粒子。这些粒子非常难以捉摸，存在极其短暂，以至于即使是最严谨的探测器也无法捕捉到它们。物理学家所做的就是研究粒子的影响，粒子避开他们后的足迹。如果这些足迹正好是数学上预测的那样，那么它一定是他们要找的粒子。这种推理是相当古怪的，表述是：如果它看起来像一只鸭子，游泳方式像一只鸭子，叫声像一只鸭子，那么它可能就是一只鸭子。

类似地，我们研究其他螺旋星系的性质，如尘埃的含量、恒星的顺序和它们的速度，并将它们与我们星系进行比较。显然，这些发现就像双胞胎外表一样，扁平的圆盘，气体摩擦，颜色和尘埃的含量是所有螺旋星系中共享的特征。

然而，对于那些还没有被说服的人来说，另一种也是最有利的方法是在星系外以光速推动一颗卫星。这颗卫星可以拍摄一张黑暗中银河系的图片，使怀疑论者最终相信它是螺旋形的。不幸的是，这颗卫星不仅要花上万年才能离开银河系，而且在照片拍摄之后，它还需要额外的1万年才能传送回来。如果你觉得餐馆里不周到的服务让你生气，那这里才真的需要测试你的耐心。