我們?cè)诮炭茣?shū)、紀(jì)錄片里見(jiàn)過(guò)的那些壯麗的銀河系全景圖，其實(shí)全是“假”的，準(zhǔn)確地說(shuō)，那是藝術(shù)家的想象圖，或者是基于數(shù)據(jù)的模擬重建圖。

直到今天，人類(lèi)最遠(yuǎn)的探測(cè)器“旅行者1號(hào)”才剛剛勉強(qiáng)飛出太陽(yáng)系的日球?qū)?，距離我們只有 20 多光時(shí)，而銀河系的直徑至少有 10 萬(wàn)光年，要想飛到銀河系上方拍一張“證件照”，我們需要以光速垂直向上飛 1 萬(wàn)年，這在物理上是不可能的。

那么問(wèn)題來(lái)了： 既然我們被死死地困在銀河系內(nèi)部，科學(xué)家到底是用什么黑科技，把銀河系的形狀畫(huà)得如此有鼻子有眼？甚至還能精確地指出太陽(yáng)系位于哪條旋臂上？

今天，我們就來(lái)揭秘這場(chǎng)長(zhǎng)達(dá) 200 年的、人類(lèi)歷史上最宏大的“盲人摸象”。

早在 1785 年，著名天文學(xué)家威廉·赫歇爾就試圖繪制銀河系的地圖，他把天空劃分成無(wú)數(shù)個(gè)小格子，拿著望遠(yuǎn)鏡數(shù)每個(gè)方向的星星數(shù)量，他認(rèn)為星星多的方向，意味著銀河系在那邊延伸得更遠(yuǎn)。

最后他畫(huà)出了人類(lèi)歷史上第一張銀河系地圖，這張圖看起來(lái)像裂開(kāi)的燒餅，最離譜的是，他得出結(jié)論：太陽(yáng)系位于銀河系的中心。

現(xiàn)在看來(lái)，他忽略了一個(gè)致命的因素：星際塵埃，銀河系并不是透明的，星際空間充滿(mǎn)了氣體和微塵，這些塵埃就像霧霾一樣，會(huì)阻擋可見(jiàn)光，當(dāng)我們看向銀河系中心時(shí)，厚厚的塵埃墻擋住了視線(xiàn)，讓我們以為那里的星星很少，以為銀河系到那里就結(jié)束了，這被稱(chēng)為“消光效應(yīng)”。

因?yàn)榭床淮┟造F，我們一度自大以為自己是宇宙的中心，直到 20 世紀(jì)我們才意識(shí)到，自己只是住在郊區(qū)。

20 世紀(jì)初，埃德溫·哈勃證明了仙女座星云其實(shí)是另一個(gè)星系，天文學(xué)家開(kāi)始大量觀(guān)測(cè)宇宙中的其他星系，并發(fā)現(xiàn)它們主要分為三類(lèi)：橢圓星系像一個(gè)光禿禿的橄欖球，沒(méi)有旋臂，不規(guī)則星系亂七八糟，沒(méi)有形狀，旋渦星系像盤(pán)子一樣扁平，有核心，有漂亮的旋臂。

我們觀(guān)測(cè)銀河系這條光帶，發(fā)現(xiàn)它是扁平的，我們測(cè)量恒星的運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)它們?cè)谛D(zhuǎn)，于是科學(xué)家做出了第一個(gè)大膽的推測(cè)：銀河系應(yīng)該是一個(gè)旋渦星系，但具體是哪種旋渦？是緊密的？松散的？有幾條手臂？這就需要透過(guò)迷霧去看了。

1950 年代，射電天文學(xué)橫空出世，人類(lèi)終于獲得了一雙“透視眼”，宇宙中最豐富的元素是氫，在中性氫原子中，電子偶爾會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，發(fā)射出波長(zhǎng)為 21 厘米 的無(wú)線(xiàn)電波，這種電波極其微弱，但它有一個(gè)無(wú)敵的特性：它能穿透塵埃，無(wú)論銀河系中心的塵埃有多厚，21 厘米線(xiàn)都能毫無(wú)阻礙地穿過(guò)來(lái)，被地球上的射電望遠(yuǎn)鏡接收到。

通過(guò)這根“探針”，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的現(xiàn)象：多普勒效應(yīng)，當(dāng)一團(tuán)氫氣云向我們移來(lái)，電波頻率變高（藍(lán)移），當(dāng)一團(tuán)氫氣云離我們遠(yuǎn)去，電波頻率變低（紅移）。

天文學(xué)家開(kāi)始對(duì)全天的氫氣云進(jìn)行掃描，他們發(fā)現(xiàn)，這些氫氣云并不是隨機(jī)分布的，而是呈現(xiàn)出帶狀結(jié)構(gòu)，有些帶狀云在快速遠(yuǎn)離我們，有些在靠近，通過(guò)計(jì)算這些氣體的速度和距離，科學(xué)家們?cè)趫D紙上點(diǎn)下了一個(gè)個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，當(dāng)幾千個(gè)點(diǎn)連起來(lái)時(shí)，這些氣體云勾勒出了一條條巨大的、彎曲的旋臂。

解決了旋臂，接下來(lái)是核心，銀河系中心到底長(zhǎng)什么樣？

雖然射電波告訴我們那里氣體很密，但要看清恒星的分布，我們需要紅外線(xiàn)，20 世紀(jì) 90 年代，COBE 衛(wèi)星和后來(lái)的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡拍攝了銀河系的紅外全景圖，紅外線(xiàn)能穿透塵埃，讓我們看到被遮蔽的老年恒星。

這一看，嚇了科學(xué)家一跳，原本大家以為銀河系中心是一個(gè)圓球狀的核球，但在紅外圖像中，核心呈現(xiàn)出一個(gè)明顯的長(zhǎng)條狀，甚至有點(diǎn)像一個(gè)帶殼的花生，或者一個(gè)X形，這意味著銀河系不是普通的旋渦星系，而是一個(gè)“棒旋星系”。

在中心有一根由數(shù)千億顆恒星組成的巨大“短棒”，正在像攪拌機(jī)一樣旋轉(zhuǎn)，這根“棒”長(zhǎng)達(dá) 2.7 萬(wàn)光年，它像一個(gè)巨大的引擎，攪動(dòng)著周?chē)臍怏w，驅(qū)動(dòng)著旋臂的形成，至此銀河系的“證件照”修正為：棒旋星系，擁有四條主要旋臂。

直到 2013 年，歐洲航天局發(fā)射了史詩(shī)級(jí)的“蓋亞衛(wèi)星”，它用極高精度的激光干涉儀，測(cè)量了銀河系內(nèi)近 20 億顆恒星 的位置，還利用視差法測(cè)距離，利用光譜測(cè)速度。

蓋亞的數(shù)據(jù)揭示了令人震驚的細(xì)節(jié)，銀河系不是一個(gè)平整的盤(pán)子，它的邊緣是卷曲的，像一片在這個(gè)被暴曬后的薯片看，這是一側(cè)向上翹，一側(cè)向下垂，科學(xué)家認(rèn)為這是大麥哲倫星系引力拉扯的結(jié)果，我們所在的獵戶(hù)座支臂，其實(shí)是一條連接兩條主旋臂的“橋梁”，就像羽毛上的倒刺。

銀河系的盤(pán)面上不僅有旋渦，還有垂直方向的波浪起伏，這說(shuō)明我們?cè)谶^(guò)去幾億年里，剛剛吞噬過(guò)一個(gè)矮星系，撞擊的余波還在震蕩。

在把銀河系的形狀拼湊出來(lái)后，最重要的事是確認(rèn)地球的住址。

如果銀河系是一個(gè)城市：銀心是高樓林立、擁擠不堪、輻射強(qiáng)烈的市中心，那里有超大質(zhì)量黑洞，旋臂是繁華的主干道，恒星川流不息，超新星爆炸頻發(fā)，主要的四條是：盾牌-半人馬座旋臂、英仙座旋臂、矩尺座旋臂、人馬座旋臂，我們不住在市中心，也不住在主干道上，我們住在一個(gè)叫做“獵戶(hù)座支臂”的小巷子里。

這條小巷子位于英仙座旋臂和人馬座旋臂之間，避開(kāi)了最密集的恒星形成區(qū)，避開(kāi)了頻繁的超新星爆發(fā)，也避開(kāi)了過(guò)于擁擠的引力擾動(dòng)，我們?cè)谝粋€(gè)相對(duì)安靜、荒涼、但足夠安全的“城鄉(xiāng)結(jié)合部”，才得以讓生命在 40 億年里免受毀滅性打擊。

現(xiàn)在我們可以自信地說(shuō)：銀河系是一個(gè)SBbc型棒旋星系，它有兩個(gè)主要的旋臂，兩條次要的旋臂，它的中心有個(gè)花生狀的棒，它的邊緣像薯片一樣翹起，它的直徑約 10 萬(wàn)到 18 萬(wàn)光年，它包含 1000 億到 4000 億顆恒星。

這就是科學(xué)最迷人的地方： 只要給我光，我就能量出宇宙的模樣，雖然身在此山中，但智慧讓我們擁有了超越視角的眼睛。