这是一个非常好的问题。我们不知道这座山的真实面目,但我们只生活在这座山里。很长一段时间,我们不知道银河系的形状,甚至不知道银河系的存在!在我们的地球上,银河只是一条光带,是中文“银河”的银河,从希腊开始就被传统地称为“牛奶之路”。我们古代不知道银河系是什么,所以不可能有“银河系”这个词。
1609年,伽利略用望远镜观测黑夜空。他发现银河系也是由无数的星点组成的,但此时他不知道它是什么形状——因为没有办法测量星星的距离。150年后,英国天文学家赫歇尔假设所有的星星都是一样的,测量了天空每个方向的星星数空,从而发现天空中所有的星星总是聚集成一个盘子的形状(这是正确的),太阳正好在这个盘子的中心(这一天后来被证明是错误的),从而发现了银河系的存在。但是我们要注意,我们仍然不知道银河系和宇宙的关系是什么,我们甚至可能认为银河系就是宇宙。当时天文学家发现天空中有一些天体空不是恒星,而是云,叫做星云。问题是天文学家不知道这些星云和银河系有什么关系,是在银河系内还是银河系外。150多年后,天文学家制作了越来越大的望远镜,发现有些星云是螺旋形的,有些不是,而是球状星团或行星状星云。1925年,美国天文学家哈勃发现漩涡仙女星云是一个独立于我们银河系的恒星系统,离我们非常遥远。所以天文学家才确认银河系只是宇宙的一部分。
随着恒星天文学的发展,天文学家逐渐能够测量恒星的距离,从而可以知道银河系的结构是什么,从而发现银河系的螺旋结构。也就是说,银河系和仙女座星系都是旋涡结构。因为银河系中有大量的尘埃,这些尘埃吸收和阻挡了恒星的光线,越是星系的中心,结构越难测量。直到20世纪末,银河系中心还存在着一个棒状结构,即棒旋星系。
为什么银河系是这种漩涡形状?其实这个问题一直没有得到很好的解决。中国天文学家林家翘提出了密度波理论,因为它像来自银河系中心的波纹,从而产生了旋臂结构。任何质量的气体,从开始坍缩起,都会有一个主导方向,最终形成板块结构。所以在我们看来,银河系和太阳系作为一个整体是水平组织。