人类连太阳系都飞不出去，是怎么知道银河系的形状的？

太阳系直径约2光年，人类最远的探测器“旅行者1号”飞了48年，仅0.002光年，离太阳系边缘还差千倍距离，银河系直径10万光年，包含2000亿颗恒星，我们却能看到它的“鸟瞰图”：旋臂优雅，银盘闪耀，中心明亮。

这张图从何而来？

人类从未飞出太阳系，怎能俯瞰银河？

首先是有限观测

银河系的鸟瞰图，常见于教科书和科普节目，展现银河四条主要旋臂（英仙臂、猎户臂等）和中央棒状结构，但这不是飞船从银河外拍摄的照片，而是科学推测和艺术渲染的结合。

太阳系位于银河猎户臂，距银心2.6万光年，天文学家会用哈勃望远镜统计恒星密度，绘制银河平面，2023年盖亚望远镜测绘了10亿颗恒星的距离和运动，精确勾勒出了银河系的旋臂位置。

射电望远镜会观测中性氢和一氧化碳，揭示旋臂中气体分布，2023年天文学家确认银河有四条主要旋臂，红外望远镜则能穿透尘埃，观测银心黑洞和棒状核，2023年事件视界望远镜更是拍到了银心黑洞。

其次是数学建模

目前可以确认银河系属于棒旋星系，类似NGC 1232，有旋臂和棒状核，盖亚卫星数据提供恒星3D位置，结合暗物质分布，推算银河直径10万到12万光年，厚度1000光年，呈扁平旋涡状，通过恒星光度和尘埃吸收，模拟出了从上方看银河的明暗分布，中心亮，边缘暗。

银河系的鸟瞰图还参考了其他旋涡星系的真实影像，哈勃和JWST拍摄的M51和NGC 6744，展现了清晰旋臂和棒状核，与银河模型吻合，2024年《自然-天文学》指出，银河系是典型SBbc型旋涡星系。

当所有的要素集齐后，NASA的科学家会用观测数据和模型，绘制旋臂、银盘和银晕，颜色基于真实光谱，旋臂曲线参考模拟，2023年NASA发布的高清银河图，分辨率4K，结合盖亚和斯皮策数据，堪称“科学艺术品”。

至于能不能飞出太阳系看到真正的银河系，目前还是一个未知数，因为旅行者1号速度仅0.00006光年/年，飞到银心需4亿年，目前的技术也不足以研发光速飞船，人类的寿命也不支持长达数个世纪的太空探索。

所以这样看来，绘制银河系的难度明显小于飞出太阳系，未来虽然人类亲自飞出太阳系观测银河的梦想仍遥不可及，但韦伯太空望远镜对系外行星大气的分析，暗示着未来可能通过观测其他星系中的行星大气，反推银河系的化学成分。

引力波天文台 LIGO 捕捉到的黑洞合并信号，为研究银河系的质量分布提供了全新维度，或许在量子计算突破算力瓶颈，或是曲速引擎获得理论突破的某一天，人类终将跳出太阳系的视角局限，亲眼见证银河的壮丽全貌。