科学家连太阳系都飞不出去，是怎么知道银河系的形状的？

人类尚未飞出太阳系，最远的探测器“旅行者1号”仅240亿公里（0.0025光年），连银河系的“边”都没摸到，却能描绘出银河系的螺旋形状：一个直径约10万光年的扁平旋涡。

天文学家目前可以肯定，银河系是一个棒旋星系，直径约10-15万光年，厚约1000-2000光年，中央棒状结构（长约2.7万光年），延伸出2-4条主螺旋臂（如猎户臂、英仙臂），太阳位于猎户臂，距银河中心约2.4-2.8万光年，主体是1000-4000亿颗恒星、气体、尘埃和暗物质，质量约1.5万亿太阳质量。

人类在银河系内部，犹如“只见树木，不见森林”，银河系的尘埃和气体遮挡视线，望远镜无法直接拍全景照片，但通过以下方法，科学家拼凑出形状：

恒星分布与运动：观测附近恒星的距离、速度和位置，推测整体结构。1918年，哈洛·沙普利通过球状星团分布，估算银河系中心在人马座方向，距太阳约2.5万光年。2023年，欧洲空间局盖亚任务测绘30亿颗恒星的3D位置和速度，精确勾勒螺旋臂。

无线电与红外观测：尘埃挡可见光，但无线电和红外可穿透。1951年，威廉·摩根用21厘米氢线测中性氢云分布，揭示螺旋臂结构，2024年，中国FAST望远镜（“中国天眼”）探测银河系外缘氢云，确认臂的延伸范围。

类比其他星系：哈勃和詹姆斯·韦伯望远镜拍摄数千旋涡星系（如M51、NGC 1300），其螺旋臂、棒状结构与银河系特征吻合。

银河系形状的认知离不开望远镜的进步，伽利略1609年首次观测银河，发现其由无数恒星组成，1920年，沙普利用威尔逊山望远镜测球状星团，奠定银河系尺寸，1940年代，格罗特·雷伯自制无线电望远镜，探测银河系射电信号，2024年，FAST测1000光年内脉冲星，精确了银河系磁场模型。

1990年代，斯皮策望远镜用红外穿透尘埃，2023年钱德拉X射线望远镜观测中心黑洞“人马座A*”，揭示棒状结构动态，2013-2024年，盖亚卫星测30亿颗恒星的视差和运动，误差仅微角秒级，绘制银河系3D地图，确认4条螺旋臂。

尽管知道银河系是棒旋星系，但细节仍不清晰，1960年代认为2条臂，2024年盖亚数据支持4条，但外缘臂数未定，中央棒的长度和角度（20-45度）仍有争议，2023年JWST观测暗示棒内有活跃恒星形成，2025年，NASA计划发射新红外望远镜，模拟银河系全景。

但是在可以预见的未来，亲自飞出银河系还是不太可能的，因为不论从哪个方向出发，都意味着数千光年的航程，远超目前的技术极限，也许只有等未来超光速飞船实现后，人类才能真正看到银河系的上帝视角。