對銀河係認識的演變
其實在赫歇爾之前，也還有一些別的人想過銀河到底是怎麼回事。英國有一個天文學家叫賴特，他想象宇宙是一個球，在這個球上星的分布是不均勻的，在球上的一條帶上，恒星比較聚集，而球的中間，就是我們地球。1750年，他發表了一篇論文。但是5年以後，哲學家康德不同意賴特的這個觀點。他有另外一個想法，他說這些行星組成的一個係統，就好像現在扔的鐵餅，如果我們處在鐵餅中心，我們向著鐵餅盤麵的四周方向看，恒星就應該很密集，但是向著鐵餅盤麵的上方和下方看，星就應該少。所以康德不同意銀河係是一個圓球狀分布的帶，而認為銀河係是像鐵餅形狀的一個帶。但這畢竟是一個哲學家的思考，哲學家思考是要靠推理的，這個推理非常有道理。
於是赫歇爾就來分析他們誰說的對。天文學家的工作跟哲學家的工作不一樣。哲學家靠推理，天文學家靠觀測，而且這個觀測做得非常笨。什麼意思呢？
他得數天上的星星。城市裏燈光多，我們看不見幾顆星，大家如果數星星的話，很容易數清楚。但是到了一個很黑暗的地方，你就數不清了，因為星星太多了。
赫歇爾的工作是用望遠鏡來數星星。大家知道，在望遠鏡裏看到的星星太多，那麼赫歇爾數了多少顆星星呢？17萬多顆，真是一個非常辛苦的工作。這項工作他做了很多年，他把天空劃分為300多個區，然後來數每個區有多少星。這樣計算出來以後，他就可以構建一個銀河係的模型。赫歇爾構造出的銀河係模型，長度跟寬度的比應該是4頤1。在這個銀河係中，太陽在銀河係中心附近。
到了1785年，人類真正對銀河的認識有了突破，“銀河”從河流這個概念變成了一個星係——恒星所組成的一個係統。對銀河係的認識過程挺不容易，從一個美麗的傳說到真正變成一個恒星的係統，中間經過了2000多年。
銀河係的“旋臂”
地球上的人類認識銀河係其實是比較困難的，為什麼呢？改用一句蘇軾的詩來說就是“難識銀河真麵目，隻緣身在此河中”。因為我們自己在銀河係裏，所以認識銀河係是很困難的。例如，我自己是一個智能的紅細胞，我在身體裏可以隨著血液去循環，我作為智能的紅細胞，可以認識人身體中的器官。但是，這個人的外貌是什麼樣？我說不出來，因為我在人的身體裏，隻是一個紅細胞而已。人類現在認識銀河係的困難也在這裏，我們自己在裏麵，不知道它是什麼形狀。我們看到的河外星係，即其他的星係，也是旋渦狀的，那麼我們就可以來反推自己的銀河係也是一個旋渦狀的星係。那麼銀河係有多大呢？直徑大概是10萬光年。
太陽距離銀河係的中心是27000光年。銀河係的主要結構是核心，叫做銀心，銀心以外是銀盤，也就是剛才我們說的盤麵的結構。銀盤的直徑是10萬光年。
銀盤的外圍叫銀暈。
此外，銀河係是有旋臂的。什麼叫旋臂？銀河係的盤的結構不是像鐵餅那麼一個板塊，而是旋渦結構。如果我們自己在銀河係裏要想看到旋臂的話，那是非常困難的。大家在晚上都看到過銀河，把看到的銀河想象成一個恒星係統已經是比較困難了；如果還想在銀河裏找到旋臂的話，那就更困難了。為什麼呢？因為我們的銀河係裏還有看不見的暗物質，它擋住了光，所以看不見。這時候要想認識後麵的星，就很困難。但是這難不住天文學家。有很多聰明的天文學家，他們看到在別的星係裏，也有這樣的旋渦星係。那麼旋渦星係的旋臂上是一些什麼星呢？是一些藍顏色的很熱的星，而這些星隻在旋臂上出現。這樣天文學家就受到啟發，他們觀測銀河係裏那些溫度特別高的星，就是發藍、發白的星。觀測的結果就是找到了旋臂。但是，人們找到旋臂已經是1951年以後了，所以認識銀河係其實是在20世紀才有了比較大的進展。
銀河係“旋臂”產生的原因
20世紀50年代出現了射電天文學，射電天文學就是用無線電望遠鏡來接收來自天體的無線電波。接收了無線電波，就可以分析天體的情況了。往銀河係的旋臂上發射一種特別的無線電波，波長是21厘米。如果有一個射電望遠鏡，能觀測21厘米的波段的話，就能解開銀河係旋臂之謎。經過天文學家的觀測，證實光學的觀測是對的。於是人們認識到，銀河係其實和別的旋渦星係一樣有旋臂。在20世紀20年代，科學家還觀測了很多旋渦星係。
這個時候就提出了兩個問題—第一個問題，這些旋渦星係是在銀河係裏，還是在銀河係之外？第二個問題，我們觀測到的這些旋渦星係基本上都不在銀河附近，而是在離銀河比較遠的地方，這是為什麼？天文學家沙普利解釋說，這些星雲其實都在銀河係裏。
但是，美國天文學家柯蒂斯不這麼認為，他認為這些旋渦星係一定是離銀河係比較遠的，於是他就重點觀測了仙女座星雲。當時柯蒂斯估計，仙女座星雲有50萬光年，而銀河係大小是10萬光年左右，因此50萬光年肯定在銀河係之外了。但是沙普利不同意，這一場辯論，在天文學上叫做“偉大的辯論”。為什麼叫“偉大的辯論”呢？太陽不是銀河係的中心，而銀河係在眾多的星係裏，也是一個很普通的旋渦星係。所以這樣一個結果意味著不但太陽不是銀河係的中心，而且銀河係也絕不是宇宙的中心。這樣大家就明白了，其實我們生存在一個很大的恒星係統裏，這個恒星係統叫做銀河係。但是這個銀河係其實在宇宙中還是一個很普通的星係。