我们如何才能从银河系的内部看到整个银河系的全貌呢？

这难道不需要外部的观察吗？我记得在我小的时候，就看到过银河系的照片了，然后我就想知道这是怎么做到的。这当然是因为，他们只是拿出了一个漂亮的螺旋星系的图片作为例子！既然我们不可能有这样的有利位置，银河系的形状必须从我们所能看到的恒星的确定位置来推断。

银河系 【图源：Space Engine】

首先，我们可以将能看到的其他星系作为比较对象。因此我们能知道一般的河系形式是什么样子。显然，我们的星系是螺旋状的，因为我们可以很容易地看到（如果没有光污染的话）螺旋状的扁平圆盘：银河系（就是我们的河系的名字）。天文学家也能在不同程度上绘制出它的旋臂。然而，他们惊讶地发现，我们的银河系并不是人们所认为的普通的纯螺旋结构。事实证明，我们实际上生活在一个带状的螺旋星系中。

银河系 【图源：NASA】

现在把我们的星系与其他星系进行比较。注意，不到一个世纪以前，人们没有认识到存在其他星系的概念，银河系是宇宙的同义词，就如《夏洛特姑娘》中的这些诗句：

华美马鞍，绚丽夺目

宛若繁星，光彩如瀑

缀点星河，灿烂满布

《夏洛特姑娘》油画 【图源：Baidu】

虽然望远镜向我们展示了弥漫（星云）的物体，但它们被认为只是混合在恒星中的星云。事实上，许多星系仍以“星云”为名。然而，当埃德温·哈勃测量到仙女座的距离时，他发现我们对这个概念产生了误解。1924年12月30日，哈勃发现我们并不孤单。你也可以用相同的方式从房间里分辨出你房间的形状。如果你对房子足够了解，你甚至可以从内部探知你房间的形状。所以，你不一定非得在外面才能看到东西的形状。

也许一个更好的类比是能够从内部分辨出植被稀少的森林的形状。虽然你看不到所有的森林，但是你可以看得足够多，只需对你能看到的树木进行测量，同时可以在相当多的方向上看到森林的边缘，就可以很好地了解森林的总体形状。之后，你只需要理解森林的生长方式。就像银河系一样，我们从对其他星系的良好观测中知道了我们可以从外部看到期望看到的是什么形状，以及银河系的形状规则。我们将测量结果与银河系中的恒星进行比较，就可以进行观测和推断……假设我们的银河系遵循着支配宇宙中所有其他星系的相同的普遍规则。我们可以在许多方向上看到银河系的边缘。我们看不到的主要部分是在射手座的方向上：即中心另一边的东西。但我们知道的足够多，于是有了一个好方法来观察这些难以看到的地方。

银河系中心区域 【图源：欧洲南方天文台(ESO)】

通过观测其他星系，我们得到了银河系的螺旋星系模型。假设它是一个圆盘的形状，我们知道银河中心的位置，也知道我们并不在这个中心。最重要的是，我们能用无线电波穿透尘埃云，接收组成旋臂的氢原子发出的微弱信号。这一发射频率为1420 MHz，于1945年预测，1951年首次探测到。从那时起，由于旋臂围绕星系中心旋转，通过测量这个特征频率的多普勒频移，对氢原子的分布进行了广泛的测绘。当人们知道了宇宙中有许多类型的星系，很容易就知道我们的星系是螺旋状的。我们也知道了那些从前被认为是云的东西可能是银河的旋臂，我们就能在天空中看到它们。

银河系旋臂 【图源：Universe Sandbox²】

弄清楚我们星系的大小是很困难的。我们收集了很多不同类型的恒星的数据。最困难的是弄清楚我们的星系是一个封闭的螺旋形状。由于云层遮蔽了了银河中心，所以需要从穿透尘埃云的几个波长中提取统计数据，然后通过大量数学运算来分析这些数据。