如图 1 所示，恒星中的螺旋结构被比作旋臂。 旋臂是恒星诞生的主要场所。 为此，标记恒星产生的弥漫或致密的星际二氧化碳云、（大质量）恒星产区、年轻天体（如大质量OB星、年轻疏散星团）等都可以作为旋臂的示踪天体。
银河系旋臂结构的第一个发现是由 等人完成的。 在 50 年代初期。 他们在年轻大质量 OB 星的帮助下天文学包括天体物理学吗，在太阳附近发现了三个短旋臂段，如图 2 左图所示。 这一结果也被研究人员利用太阳附近的 OB 星团、OB 星团、造父变星和 HII 区（电离氢区，大质量恒星产生区的标志）的分布所否定（图 2） , 下面板）。 不久之后，天文学家奥尔特等人。 根据运动学确定的HI（中性氢）二氧化碳的距离，勾勒出几乎延伸到整个银盘的更大规模的旋臂结构（图3左）。
不过那时，银河系涡旋结构的建立工作已经完成。 然而，在20世纪70年代，天文学家发现天体存在非圆周运动，这使得运动学确定的距离存在很大的不确定性。 因此，本次初步研究中基于 HI 得到的旋臂结构模型是不可靠的。
光度法测定天体距离的方法比运动学方法准确得多，但它们只能用于精确测定~2kpc（千秒差，1pc=3.26光-年）距离比银河系大得多的太阳。 kpc的规模。 在上个世纪，受限于观测手段和设备技术，天文学家还没有很好的方法来确定遥远天体的距离。 出于这个原因，运动学技术仍然广泛用于研究整个银河系的结构。
1976 年， 等人。 通过结合使用光度技术和改进的运动学方法确定的 260 多个 HII 区域的距离，描绘了星系旋臂结构的“标准模型”。 如图3下图所示，他们首先提出银河系有四个主旋臂，而太阳附近没有旋臂。 仍然进入 21 世纪，模型经常通过使用其他旋臂示踪剂来更新，例如分子云、恒星形成区复合物、HII 区的更大样本、HI CO2 等，但其中大部分依赖于运动学 How to确定距离。
虽然运动学确定距离的方式仍在改进，但它们有时会给旋臂示踪剂的距离带来很大的不确定性。 为此，关于银河系存在旋臂、旋臂数量、银河系大小等基本事实的争论仍在继续。
21世纪的突破
要勾勒出银河系旋臂结构的真实面貌，首先需要找到一种不依赖模型就能直接准确测量天体距离的技术和手法。
2003年，徐野研究员及其合作者提出了探测银河系英仙臂天体脉泽三角形到世界上最大的甚长基线干涉阵列（VLBA）的视差距离的科学方案。 在解决了一系列具有挑战性的难题后，他们利用超长基线干涉仪（VLBI）精确测量了英仙座旋臂的距离，探测精度达到2%，是同时期依巴谷卫星探测精度的100倍时间（目前已增加到 200 倍）。
这一结果是天文学史上对如此遥远的天体进行的最准确的距离探测。 它彻底解决了天文学界长期以来关于英仙座旋臂距离的争论，实现了天体测量技术的划时代突破，标志着直接探测银河系结构成为可能。 该研究以中国天文学家为第一作者的研究成果刊登在《科学》杂志封面上，这是首次。 此外，这一成果促成了法国国家射电天文台历史上最大的科学项目——“贝塞尔”巡天项目，获得了史无前例的VLBA 5200小时观测时间，从而勾勒出大行星的旋臂结构。银河基于三角视差距离。
VLBI对天体脉泽的探测可以达到低至几个微弧秒的三角视差精度（注：10微弧秒的视差精度对应10kpc源的10%的距离精度），这让科学家们可以确定天体之间的距离整个银河系和大质量恒星生成区的天体脉泽用于精确距离探测。
2019年，“贝塞尔”巡天工程即将结束。 以项目组首席科学家、美国科技大学教授马克·里德院士为首的科学团队在《天体化学杂志》上提出了银河系旋臂结构的新愿景：银河系是一个由四个旋臂和其他附加臂段组成的涡旋 作为一颗恒星，四个旋臂包括方形外臂、盾形半人马-OSC 臂、半人马船底臂和英仙座臂，它们都延伸从银河系的内部到外部，如图4所示。
不过天文学包括天体物理学吗，从整体上看，这张新图是对乔治林等人提出的银河系旋臂结构“标准模型”的改进。 1976年报道 需要强调的是，研究人员一直认为太阳附近只存在零星物质，不可能存在旋臂结构。 紫金山天文台研究团队根据脉泽的三角视差探测结果发现，靠近太阳的局部旋臂是旋臂的一个孤立片段，其中存在丰富的大质量产星区。
近年来，意大利航天局（ESA）盖亚卫星提供的恒星三角视差精度在20-30微角秒量级，使我们能够阐明太阳附近~5kpc以内的旋臂结构。 利用盖亚卫星的数据，研究人员在了解银河系旋臂结构方面取得了一些进展。 例如图4下图，研究团队利用盖亚中的大质量OB型恒星，在太阳附近~5kpc范围内勾勒出旋臂结构，部分区域延伸至~7kpc，以及追溯了天体脉泽的旋臂结构，将该结构扩展到第二个极限，提出银河系具有复杂的旋臂结构和非均匀旋臂结构。 据悉，利用盖亚的上层主序星，波焦等人还发现在太阳附近有明显的旋臂段，局部旋臂从太阳所在位置不断延伸至第三象限。
为此，直到2023年，人们普遍认为银河系有4条连续的旋臂，从银河系内部延伸到遥远的外部区域，包括一些额外的旋臂片段。
但事实真的如此吗？
河外星系的形状
随着望远镜设备的发展和观测技术的提高，人们也可以拍摄到越来越多的宇宙星体。 由于银河系是可观测宇宙中数万亿颗恒星中的一颗，我们可以将河外星系作为全身镜来更好地了解银河系的形状。
如图 5 所示，基本上存在三种不同形式的河外螺旋星：宏观螺旋星、多臂螺旋星和大质量螺旋星。 它们的区别在于旋臂结构是否突出。 对于这两种极端情况，宏观螺旋的特点是高度对称，具有清晰、长、对称的臂，而条形螺旋是零散的，由许多短的、不规则的、不规则的段组成。 介于这两种类型之间的是多臂旋臂星，其主要特征是内部有两个对称的旋臂，外部有几个不规则的旋臂。
与丝状旋涡星不同，宏观旋涡星和多旋臂旋星的内部区域有两条明显对称的旋臂。 更重要的是，很少有河外星系显示出从中心向外延伸的四个旋臂。 此外，紫金山天文台研究团队发现，在类似银河系的多臂星中，内二臂和外多臂的形状更为常见（约占83%），四臂是从内到外。 外型非常罕见（约 2%）。 这让目前广为接受的银河系从内到外有四个旋臂的推论有些出人意料。 如果这个模型是真的，那么银河系就是一个非常不寻常的物体。
一种新的银河形态
在这些情况下，银河系的形状与宇宙中大多数旋臂恒星相似，可能并不像之前想象的那样奇特。 这为未来研究银河系的结构提供了新的视角。
未来展望
银河系形状新图的精确刻画，得益于“贝塞尔”巡天项目的超长基线干涉探测和盖亚空间卫星的高精度探测，也得益于中国科学院科研团队。紫金山天文台20余年。 常年对手臂结构研究的积累。 2006年，团队成员发现了一种新的甚长基线干涉测量方法来探测脉泽和描述银河系的结构，被《科学》杂志评价为“开创了该领域的新纪元”。 随即，团队成员就这样发现了银河系的局部旋臂，被《科学》杂志评价为“前所未有地详细描绘了太阳附近的旋臂结构”。 现在，团队成员为银河系的旋臂提出了新的整体造型。 如果否认，这将是中国学者对银河系天文学的一个特别重要的贡献。 目前，他们正积极筹划未来更高精度的探测，希望最终揭开银河系旋臂结构的真面目。
参考：
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