為什麼說銀河系是一個螺旋星系？

人類決定銀河系形狀的行為相當於一種微生物決定地球形狀。我們無法得到一個合適的有利位置來辨別它，因為這個位置肯定存在於銀河系之外。但從星系外部來觀察它可以了解它的全貌。

愛德華?哈勃可能是最受稱讚的天文學家，他將星系的結構縮小為四種基本形狀：螺旋形、橢圓形、透鏡狀和不規則形。我們知道了一些周圍其他星系的形狀，但自己的星系還沒弄清楚。雖然沒有繪製出整個銀河系的圖形來證明，但我們確實有一些線索，線索表明它是螺旋狀的，就像向日葵的種子排列。連續發現的線索進一步鞏固了我們對銀河系形狀的主張。

恆星圓盤

第一個線索可以從凝視那些布滿黑暗夜空中的星星來獲得。在一個沒有空氣污染的地區，肉眼就可觀察到銀河系。當欣賞這美麗的風景時，觀察者會注意到，閃爍的星星穿過黑暗排列在一個狹窄的帶狀區域里。在這個區域之間有一個模糊的凸起，它比兩邊的帶狀區域要寬一些。這樣一個壓縮的恆星帶的出現表明我們正在看一個圓盤側邊。銀河系是一個扁平的圓盤，其中的凸起是星系中心。

起初，這讓人懷疑。因為無論把目光投向何處，似乎都能找到星星。然而，如果你從幾百個不同的地方繪製天空，這個圓盤就會清晰可見。20世紀，天文學家雅各布斯?卡普坦在其他天文學家的幫助下，在600多個不同的地點拍攝了天空，製作出了一幅高精度的銀河系全景圖。在雅各布斯地圖中清晰可見恆星集中的弧。現在，天文學家已經將弧線的角度縮小到15度。此外，兩微米巡天計劃（2MASS）用紅外線拍攝了銀河系，這個圓盤圖像很清晰。

如果星系形狀是不同，那麼恆星的排列也會完全不同。例如，如果銀河系是球形的，那麼恆星和它們的光芒就會分散在整個天空，而不是局限於一列。然而，如果它的形狀是橢圓的，這樣我們就會在平面的下方或上方，天空會被分成其中一邊比另一邊更亮。

旋轉速度

另一個線索是銀河系中恆星運動的方式。當定位恆星並測量它們的速度時，我們發現這個矢量有一個與隨機運動不同的旋轉分量。這就是螺旋星系的特徵。像太陽這樣的恆星是一個巨大稠密的氫氣雲在重力作用下聚集在一起時形成的。殘餘的氫塵或氣體被新生恆星耀斑驅散。當這種雲與光相互作用時，它會隨意地散射光子，在恆星附近的製造發光點。我們可以通過搜索這些斑點來定位恆星，它們就是恆星日托地標。當天文學家定位這些點時，他們發現恆星集中在從中心炫目的光亮中伸出來螺旋分枝上。我們把這些螺旋分支稱為螺旋星系的「旋臂」。

經過了75年的研究，無線電、紅外線甚至X射線望遠鏡都證實了它們的存在，並發現螺旋雲延伸了10萬光年（圓盤的直徑），厚度為1000光年（圓盤的厚度）。在這個華麗的圓盤上，我們微小的太陽系位於一個支臂的內邊緣，離中心大約有25000光年。

雅各布斯開始的任務將由蓋亞衛星完成收尾。我們的原始地圖很快就會作廢，因為這顆衛星正在建造銀河系中最大、最精確的恆星地圖。它的目標是繪製大約10億顆恆星、行星塵埃和每一個天體的細節，當然這些都還有待完成。

在發現了星系的旋臂之後，關於這個螺旋體是由4個還是2個旋臂組成的一直存在著爭論。美國宇航局對此進行了確認，發現銀河系有四條旋臂，分別命名為矩尺座旋臂和天鵝座旋臂、人馬座旋臂、南十字座旋臂和盾牌座旋臂、英仙座旋臂。另外，這個星系不僅僅是螺旋形，還是一個棒旋星雲，這個螺旋星系不是像百合花的花瓣那樣從一個圓點散發出來，而是從位於星系中心的一個矩形長條的兩個較短的邊散發。

鴨子測試

第三種也是最簡單的方法，我們可以通過參照鴨子測試來確定我們星系的形狀。粒子物理學家通過在數學上首先預測粒子的存在來發現一個新粒子。這些粒子非常難以捉摸，存在極其短暫，以至於即使是最嚴謹的探測器也無法捕捉到它們。物理學家所做的就是研究粒子的影響，粒子避開他們後的足跡。如果這些足跡正好是數學上預測的那樣，那麼它一定是他們要找的粒子。這種推理是相當古怪的，表述是：如果它看起來像一隻鴨子，游泳方式像一隻鴨子，叫聲像一隻鴨子，那麼它可能就是一隻鴨子。

類似地，我們研究其他螺旋星系的性質，如塵埃的含量、恆星的順序和它們的速度，並將它們與我們星系進行比較。顯然，這些發現就像雙胞胎外表一樣，扁平的圓盤，氣體摩擦，顏色和塵埃的含量是所有螺旋星系中共享的特徵。

然而，對於那些還沒有被說服的人來說，另一種也是最有利的方法是在星系外以光速推動一顆衛星。這顆衛星可以拍攝一張黑暗中銀河系的圖片，使懷疑論者最終相信它是螺旋形的。不幸的是，這顆衛星不僅要花上萬年才能離開銀河系，而且在照片拍攝之後，它還需要額外的1萬年才能傳送回來。如果你覺得餐館裡不周到的服務讓你生氣，那這裡才真的需要測試你的耐心。

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