人类连太阳系都飞不出去，凭什么画出了银河系的形状？

我们在教科书、纪录片里见过的那些壮丽的银河系全景图，其实全是“假”的，准确地说，那是艺术家的想象图，或者是基于数据的模拟重建图。

直到今天，人类最远的探测器“旅行者1号”才刚刚勉强飞出太阳系的日球层，距离我们只有 20 多光时，而银河系的直径至少有 10 万光年，要想飞到银河系上方拍一张“证件照”，我们需要以光速垂直向上飞 1 万年，这在物理上是不可能的。

那么问题来了： 既然我们被死死地困在银河系内部，科学家到底是用什么黑科技，把银河系的形状画得如此有鼻子有眼？甚至还能精确地指出太阳系位于哪条旋臂上？

今天，我们就来揭秘这场长达 200 年的、人类历史上最宏大的“盲人摸象”。

早在 1785 年，著名天文学家威廉·赫歇尔就试图绘制银河系的地图，他把天空划分成无数个小格子，拿着望远镜数每个方向的星星数量，他认为星星多的方向，意味着银河系在那边延伸得更远。

最后他画出了人类历史上第一张银河系地图，这张图看起来像裂开的烧饼，最离谱的是，他得出结论：太阳系位于银河系的中心。

现在看来，他忽略了一个致命的因素：星际尘埃，银河系并不是透明的，星际空间充满了气体和微尘，这些尘埃就像雾霾一样，会阻挡可见光，当我们看向银河系中心时，厚厚的尘埃墙挡住了视线，让我们以为那里的星星很少，以为银河系到那里就结束了，这被称为“消光效应”。

因为看不穿迷雾，我们一度自大以为自己是宇宙的中心，直到 20 世纪我们才意识到，自己只是住在郊区。

20 世纪初，埃德温·哈勃证明了仙女座星云其实是另一个星系，天文学家开始大量观测宇宙中的其他星系，并发现它们主要分为三类：椭圆星系像一个光秃秃的橄榄球，没有旋臂，不规则星系乱七八糟，没有形状，旋涡星系像盘子一样扁平，有核心，有漂亮的旋臂。

我们观测银河系这条光带，发现它是扁平的，我们测量恒星的运动，发现它们在旋转，于是科学家做出了第一个大胆的推测：银河系应该是一个旋涡星系，但具体是哪种旋涡？是紧密的？松散的？有几条手臂？这就需要透过迷雾去看了。

1950 年代，射电天文学横空出世，人类终于获得了一双“透视眼”，宇宙中最丰富的元素是氢，在中性氢原子中，电子偶尔会发生翻转，发射出波长为 21 厘米 的无线电波，这种电波极其微弱，但它有一个无敌的特性：它能穿透尘埃，无论银河系中心的尘埃有多厚，21 厘米线都能毫无阻碍地穿过来，被地球上的射电望远镜接收到。

通过这根“探针”，天文学家发现了一个惊人的现象：多普勒效应，当一团氢气云向我们移来，电波频率变高（蓝移），当一团氢气云离我们远去，电波频率变低（红移）。

天文学家开始对全天的氢气云进行扫描，他们发现，这些氢气云并不是随机分布的，而是呈现出带状结构，有些带状云在快速远离我们，有些在靠近，通过计算这些气体的速度和距离，科学家们在图纸上点下了一个个坐标点，当几千个点连起来时，这些气体云勾勒出了一条条巨大的、弯曲的旋臂。

解决了旋臂，接下来是核心，银河系中心到底长什么样？

虽然射电波告诉我们那里气体很密，但要看清恒星的分布，我们需要红外线，20 世纪 90 年代，COBE 卫星和后来的斯皮策太空望远镜拍摄了银河系的红外全景图，红外线能穿透尘埃，让我们看到被遮蔽的老年恒星。

这一看，吓了科学家一跳，原本大家以为银河系中心是一个圆球状的核球，但在红外图像中，核心呈现出一个明显的长条状，甚至有点像一个带壳的花生，或者一个X形，这意味着银河系不是普通的旋涡星系，而是一个“棒旋星系”。

在中心有一根由数千亿颗恒星组成的巨大“短棒”，正在像搅拌机一样旋转，这根“棒”长达 2.7 万光年，它像一个巨大的引擎，搅动着周围的气体，驱动着旋臂的形成，至此银河系的“证件照”修正为：棒旋星系，拥有四条主要旋臂。

直到 2013 年，欧洲航天局发射了史诗级的“盖亚卫星”，它用极高精度的激光干涉仪，测量了银河系内近 20 亿颗恒星 的位置，还利用视差法测距离，利用光谱测速度。

盖亚的数据揭示了令人震惊的细节，银河系不是一个平整的盘子，它的边缘是卷曲的，像一片在这个被暴晒后的薯片看，这是一侧向上翘，一侧向下垂，科学家认为这是大麦哲伦星系引力拉扯的结果，我们所在的猎户座支臂，其实是一条连接两条主旋臂的“桥梁”，就像羽毛上的倒刺。

银河系的盘面上不仅有旋涡，还有垂直方向的波浪起伏，这说明我们在过去几亿年里，刚刚吞噬过一个矮星系，撞击的余波还在震荡。

在把银河系的形状拼凑出来后，最重要的事是确认地球的住址。

如果银河系是一个城市：银心是高楼林立、拥挤不堪、辐射强烈的市中心，那里有超大质量黑洞，旋臂是繁华的主干道，恒星川流不息，超新星爆炸频发，主要的四条是：盾牌-半人马座旋臂、英仙座旋臂、矩尺座旋臂、人马座旋臂，我们不住在市中心，也不住在主干道上，我们住在一个叫做“猎户座支臂”的小巷子里。

这条小巷子位于英仙座旋臂和人马座旋臂之间，避开了最密集的恒星形成区，避开了频繁的超新星爆发，也避开了过于拥挤的引力扰动，我们在一个相对安静、荒凉、但足够安全的“城乡结合部”，才得以让生命在 40 亿年里免受毁灭性打击。

现在我们可以自信地说：银河系是一个SBbc型棒旋星系，它有两个主要的旋臂，两条次要的旋臂，它的中心有个花生状的棒，它的边缘像薯片一样翘起，它的直径约 10 万到 18 万光年，它包含 1000 亿到 4000 亿颗恒星。

这就是科学最迷人的地方： 只要给我光，我就能量出宇宙的模样，虽然身在此山中，但智慧让我们拥有了超越视角的眼睛。