连太阳系都没出去过的人类，是怎么知道银河系的形状和大小的？

关于银河系是什么样子，相信大家都比较熟悉，简单来讲，银河系是一个棒旋星系，在整体上呈椭圆盘形，具备一个直径约为10万光年的盘面结构，其中有四条清晰的旋臂，而我们太阳系就位于其中一条名为“猎户座旋臂”的边缘位置（如下图所示）。

正所谓“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，连太阳系都没出去过的人类，是怎么知道银河系的形状和大小的呢？

想象一下，假如有一个人站在一个视野开阔的位置上，手上还有望远镜以及可以测量距离的设备，那他能不能在不移动位置的情况下，画出他所在区域的鸟瞰图呢？

答案当然是肯定的，这个人只需要测量出该区域每个景物的位置和距离，再将它们按比例画出来就行了，如果再花点时间的话，他还可以估算出该区域的面积，甚至进行3D建模。

同样的道理，宇宙空旷得令人吃惊，银河系中恒星与恒星的距离都是以多少光年来计算，所以从理论上来讲，我们人类在宇宙中的视野也应该是非常开阔的，在这种情况下，我们只需要测量出银河系中每个天体的位置和距离，就可以建立起银河系的3D模型，这样就可以知道银河系的形状和大小了。

说起来这个方法其实很简单，但说归说，实际做起来可就是另外一回事了，其中的困难之处主要有以下几点。

一、“银盘”的遮挡

我们人类所处的位置其实是位于银河系的“盘面”之上，如此一来，我们的视线就会被银河系“盘面”上的尘埃和气体等星际物质遮挡。

上图是人类用光学相机在地球上不同位置拍摄到的大量真实照片拼接而成的，可以看到，从地球的视角来看，有一大半银河系（包括银河系中心区域）都因为星际物质的遮挡而无法观测到。

二、星际消光

光学望远镜对天体的观测依赖于可见光，然而当可见光在传播时，会被宇宙空间中的气体、尘埃等弥漫物质部分吸收和散射，从而造成光度减弱的现象，这种现象被称为“星际消光”，它会导致光学望远镜无法准确测量出地球与目标天体之间的距离。

三、光速和天体运动

由于光速的限制，我们在宇宙中观测到的天体，其实都是它们过去的样子，另一方面来讲，银河系中的众多天体与我们之间的距离有远有近，并且随时都在运动，这两方面的因素叠加起来，就会对我们的观测造成很大的困扰。

举个例子，假如恒星A距离我们500光年，恒星B距离我们1000光年，那么在我们观测到的恒星A的位置，其实是它500年前所在的位置，而恒星B则是它1000年前所在的位置，这样就会造成观测数据与实际情况产生500年的时间跨度，这种情况如果处理不好的话，即使我们能够准确地测量出银河系中每个天体的位置和距离，也无法正确描述出银河系的形状和大小。

四、银河系的规模

这个很好理解，银河系拥有数千亿颗恒星，想要精确测量出每一个天体的位置和距离谈何容易。

很明显，既然现在的人类已经知道了银河系长啥样，那就说明上述的困难是被解决了的，怎么做到的呢？对于第一个和第二个困难，科学家们选择了观测红外线波段的电磁波，这是因为红外线的波长相对比较长，它们可以轻易地穿过宇宙空间中的气体和尘埃，并且几乎不会受到“星际消光”的影响。

（图为在红外波段拍摄到的银河系中心区域）

对于第三个困难，则可以通过对目标天体的位置和速度进行长期观测，根据其在观测期间的运动状态，就可以计算出它在过去任意时间点的位置和距离。

至于第四个困难，就只有用时间来进行数据累积了，实际上，我们人类目前并没有做到“精确测量出每一个天体的位置和距离”，这就意味着，我们所知道的银河系的形状和大小，其实是科学家根据已知的观测数据推测出来的，这与银河系的实际情况可能存在着一定的差距。

不过从整体上来讲，这种差距应该不算大，这主要有两个原因，一个原因是人类的观测范围已经覆盖了银河系的大部分区域。

还有一个原因则是，我们可以在宇宙找到合适的参考物，毕竟我们可以直接观测到银河系之外的大量星系，通过观测和研究这些星系的运行规律，再将研究结果应用到银河系的建模工作中，科学家就可以更加准确地描述出银河系的形状和大小。

上图为哈勃望远镜拍摄到的“NGC 7773”星系，该星系距离我们大约4亿光年，可以看到，这个星系与我们所知的银河系非常相似。