簡單的說，銀河系的形狀是天文學家根據觀測資料推測出來的。因為我們身處銀河系之中，人類目前還沒有能力飛出銀河系來給整個星系拍照片，所以我們還不知道銀河系的確切形狀。

儘管我們星系的確切地圖仍然未知，但我們在確定其外觀方面已經取得了長足的進步。兩百年多前，透過統計天空中恆星的數量，英國天文學家威廉·赫歇爾第一次嘗試繪製了銀河系的地圖。他畫出的銀河系是一個不規則星系，如下圖所示：

準確繪製出銀河系地圖的關鍵是要知道我們與其他天體的相對位置和距離，但天體的準確距離往往難以測定。此外，我們無法看到被星際塵埃阻擋的天體，也無法看到銀河系另一端的天體。

不過，由於宇宙中的星系繁多，我們可以進行借鑑。根據觀測，星系主要可分為三大類：螺旋星系、橢圓星系和不規則星系。天文學家在測量銀河系中的恆星和氣體的速度時發現，整體上，天體在做有規律的旋轉運動，表明銀河系是螺旋星系。另外，我們星系的氣體成分、顏色和塵埃含量類似於其他的螺旋星系。

天文學家發現，銀河系主要有四條懸臂：獵戶臂、英仙臂、人馬臂以及三千秒差距臂。我們的太陽系位於獵戶臂邊緣，距離銀河系中心約2.6萬光年，整個銀河系的跨度大約10萬光年。

隨著觀測技術的改進以及觀測手段的增加，銀河系的結構將逐漸為我們所瞭解。利用射電、光學、紅外線以及X射線等觀測技術，天文學家可以繪製出更為精確的銀河系地圖。另外，強大的蓋亞衛星將會對銀河系中的大量恆星進行高精度的測量，它將在未來幾年為銀河系的形狀提供新的資料。

首先想想，在我們飛上太空之前，人們是不是就無法知道大地的整體形狀了呢？

有文字記載的歷史中，第一個依據證據猜測大地是球形的人，據認為是亞里士多德（公元前384年－公元前322年3月7日），他是透過月食的現象，大地在月亮上投下了圓形的影子，來進行猜測的。

圖示：月食發生的原因，月亮進入了地球的影子，然後出來的過程，就是一次月食。亞里士多德正確認識到月食的發生是因為

大地擋住了太陽的光線，在空間中投下了陰影

月亮的光芒來自對太Sunny線的反射

月亮在空間中執行，穿過大地的陰影。這時候可以發現大地的陰影是圓形的，那麼猜測大地是一個圓球，正確的可能性就非常高了。

隨後，關於大地是圓球狀的思想觀念開始傳播，也因此有了後來那句出自阿基米德的名言，“給我一根槓桿，我可以撬動地球”。而到公元前250年，古埃及亞歷山大城圖書館館長埃拉托色尼就透過簡單的幾何學測量出了地球的直徑，誤差在可以接受的範圍內。

圖示：埃拉托色尼測量地球直徑的幾何學原理。他首先假設太陽離我們足夠遠（的確夠遠，但當時沒人知道有多遠），因此其光線可看成平行光。然後，他利用了埃及賽印（現名阿斯旺）一個著名的景觀，這個城市在夏至日（一年之中白天最長的那天）的正午時分，恰好能夠直射入阿斯旺城內的一口深井，井底的水上反映出太陽的倒影，每年僅此一天僅此一刻，這一奇特的景觀遠近馳名，每年都吸引著眾多的遊客前往觀賞。最後，他測量了同一天同一時刻亞歷山大城裡一座方尖碑的影子長度，得到太陽在天球頂上的角度為偏南7度，於是他推斷出從亞歷山大港到阿斯旺的距離，一定是整個地球圓周的7/360 。今日，我們如果精確測量，那麼實際度數大約為7.5度，因為當時埃拉托色尼還假設亞歷山大港在阿斯旺的正北方，但實際上是稍微偏西一個經度。

最後，如果大地真是一個球，那麼在足夠平坦並且巨大的地面上，畫一個足夠大的三角形，那麼它的內角和將大於180度！這是幾何學的威力。

圖示：三角形的內角和與三角形所在的平面的性質密切相關，從左到右為大於180度，小於180度，等於180度。

我先介紹一位著名的業餘天文攝影師，Nick Risinger，28歲的他，用大約兩年時間從美國西海岸一直走到南非，橫跨60000多英里，拍了37440張照片，組合了一張360度全景星空的全綵照片，這是有史以來最高畫質的銀河全景照片。可以到這個網站（http://media.skysurvey.org/interactive360/index.html）去欣賞和互動。

但在這張合成照片上，我們看不到銀河的旋臂，而除了橫貫天際的銀河照片之外，關於銀河的另外一些影象，最著名的就是它美麗的旋臂了，而太陽系就位於銀河的某個旋臂上，圍繞著銀心轉動著。

圖示：“上帝”視角的銀河合成圖片，注意這並不是照片

圖示：仙女座星系照片

天文觀察資料顯示，銀河系應該是一個棒旋星系。所謂棒旋星系，指的是星系中心區聚集著大量恆星，形成一個短棒狀的結構，這就是我們在夜晚看到橫貫天空的銀心，而不是彌散的一片。棒旋星系的旋臂中的恆星，是由短棒的末端所湧出的，而普通的螺旋星系，恆星都是由核心直接湧出的。

圖示：哈勃太空望遠鏡拍攝的其它棒旋星系

利用宇宙微波背景輻射的探測資料，配合幾何學知識，天文學家們推測，宇宙空間整體本身是相當平坦的，當然在黑洞或者其他大質量恆星附近被質量所扭曲是另一回事。這意味著從遙遠的宇宙邊緣射過來的兩束平行光將空曠的宇宙空間中穿行時，依然能保持平行關係。同時，也意味著宇宙大概會一直膨脹下去，無邊無際，最終有限的星系被稀釋到無限的空間中，以至於到某個遙遠的時刻，你將只能看到自己所在的星系，而宇宙其它地方空無一物。如果真的有智慧生命能存在到那樣的時刻。

現在的天文學，都是用望遠鏡觀測出來的，也就是叫眼見為實，現在的天文望遠鏡能觀測到多少億光年了，為什麼有了大爆炸理論，就這麼來的，大爆炸是不是真的？你用小爆炸去想就知道了，當量子物理發展到一定程度，這都不是個事！