銀河系:太陽系所在的棒旋星系-中文百科頻道

觀測

銀河經過25個星座：天鵝座、天鷹座、狐狸座、天箭座、蛇夫座、盾牌座、人馬座、天蠍座、天壇座、矩尺座、豺狼座、南三角座、圓規座、蒼蠅座、南十字座、船帆座、船尾座、麒麟座、獵戶座、金牛座、雙子座、禦夫座、英仙座、仙後座和蠍虎座。

銀河在天空中明暗不一，寬窄不等。最窄隻有4°～5°，最寬約30°。然而，肉眼在天空各處看見的個别恒星，全都是銀河系的一部分。來自這條帶狀弧上的光，都是源自銀河平面上，肉眼不能解析的恒星和其它天體累積的光亮。對于北半球來說，銀河夏季星空的重要标志，以及由3顆亮星，即銀河兩岸的織女星、牛郎星和銀河之中的天津四所構成的“夏季大三角”。夏季的銀河由天蠍座東側向北伸展，橫貫天空，氣勢磅礴，極為壯美。但隻能在沒有燈光幹擾的野外（極限可視星等5.1以上）才能欣賞到。冬季的銀河很黯淡（在獵戶座與大犬座），但在天空中可以看到明亮的獵戶座，以及由天狼星、參宿四、南河三構成的明亮的“冬季大三角”。（注：此段所在視角均為北半球地區）

從地球觀看，銀河中心是銀河最亮的區域，其方向在人馬座。從人馬座，朦胧的白色光帶似乎傳遞到背面的禦夫座。光帶然後繼續其餘的路徑回到人馬座附近，将天球分成兩個大緻相等的半球。銀河北極位于赤經12h49m，赤緯+27.4°，靠近周鼎一（後發座β）；銀河南極在玉夫座α附近。由于這種高傾斜度，在一年中不同的時間，銀河的弧出現在天空中的位置可以很高，也可以在很低。在地球上的北緯65度到南緯65度之間，銀河會一天經過觀測者的天頂兩次。

主要結構

銀心

銀河系的幾何中心，是銀河系的自轉軸與銀道面的交點。它在星系的中心凸出部分，呈很亮的球狀，直徑約為兩萬光年，厚1萬光年。這個區域由高密度的恒星組成，主要是年齡大約在100億年以上老年的紅色恒星。證據表明，在中心區域存在着一個巨大的黑洞。天文學家觀測發現銀河系最中心的長寬高各一秒差距（3.26光年）空間内分布着高達4200萬顆恒星，或者說那裡的恒星密度高達每立方光年有28.9萬顆恒星，比太陽系附近的恒星密度高了7200萬倍。

銀心除作為一個幾何點外，它的另一含義是指銀河系的中心區域。銀心在人馬座方向，1950年曆元坐标為：赤經17°42′29″﹐赤緯-28°59′18″。太陽距離銀心約25,000～28,000ly（7.7～8.6kpc）。這個值是以幾何為基礎的方法，通過測量标準燭光天體，用不同的方法得到這些範圍近似但不同的數值。在内部的數千秒差距（大約10,000光年的半徑）是老年恒星密集區，大緻成球形，被稱為核球。

銀心與太陽系之間充斥着大量的星際塵埃，在北半球用光學望遠鏡難以在可見光波段看到銀心。射電天文和紅外觀測技術興起以後，人們能透過星際塵埃，在2微米至73厘米波段探測到銀心的信息。中性氫21厘米譜線的觀測揭示，在距銀心四千秒差距處有氫流膨脹臂，即所謂“三千秒差距臂”（最初将距離誤定為三千秒差距，後雖訂正為四千秒差距，但仍沿用舊名）。在這裡大約有1000萬個太陽質量的中性氫，以53km/秒的速度湧向太陽系。在銀心另一側，有大體同等質量的中性氫膨脹臂，以135km/秒的速度離銀心而去。在距銀心300秒差距的天區内，有一個繞銀心快速旋轉的氫氣盤，以70～140千米/秒的速度向外膨脹。盤内有平均直徑為30秒差距的氫分子雲。

2010年12月，美國天文學家道格.芬克拜納教授等人在銀河系中發現了兩個巨大的“費米氣泡”。這兩個“氣泡”從銀河系中央、分别向南向北延伸，從室女座直達天鶴座，年齡可能以百萬年計，而且每個都有2.5萬光年寬。但依據天體物理學理論，這些放射伽馬射線的泡沫其實不應該存在，科學家們至今對此十分困惑。一種見解認為，存在于銀河系中央的超大質量黑洞形成了巨型噴流，而黑洞在其兩極附近有可能形成接近光速的物質噴射；又或者說，它們可能由巨大恒星形成，黑洞周圍大量氣體形成了這些恒星，它們在大緻相同的時間發生超新星爆炸；而還有一種看法是，“費米氣泡”是暗物質粒子碰撞的結果。

銀河系的中心有一個被标志為人馬座A*的強烈電波源。圍繞着人馬座A*運動的恒星的運動規律顯示該處有個大質量的緻密天體。12.8微米的紅外觀測資料指出，直徑為1秒差距的銀核所擁有的質量，相當于幾百萬個太陽質量，其中約有100萬個太陽質量是以恒星的形式出現的。這種質量集中的最好解釋就是存在着超大質量黑洞（SMBH，supermassblackhole），估計它的質量介于410–450萬太陽質量。超大質量黑洞的吸積率符合估計值量約1×10−5M☉y−1的非活躍星系核。甚長基線幹涉儀的探測表明，銀心射電源的中心區很小，甚至小于十個天文單位，即不大于木星繞太陽的軌道。流入緻密核心吸積盤的相對論性電子，在強磁場中加速，産生了同步加速輻射。

2012年11月11日一個國際天文小組，利用美國國家航空航天局的錢德拉X射線太空望遠鏡探測到從位于銀河系中心的人馬座A*爆發出的明亮的X射線耀斑，亮度是黑洞正常發光的150倍，耀斑爆發時間超過1小時，然後逐漸變暗。2019年8月9日，在兩小時之内，人馬座A*的亮度增大到原來的75倍。天文學家認為，這次觀測開始之前，它甚至更亮。這些亮度變化的一種解釋是，它正在吞噬周圍的某些物質。這些物質落入黑洞過程中摩擦生熱，轉化為能量釋放出來，從而導緻了人馬座A*的亮度變化。

銀盤

銀盤是銀河系的主要組成部分，是由恒星、塵埃和氣體組成的扁平盤。在銀河系中可探測到的物質中，有九成都在銀盤範圍以内。銀盤外形如薄透鏡，以軸對稱形式分布于銀心周圍，其中心厚度約1萬光年，不過這是微微凸起的核球的厚度，銀盤本身的厚度隻有兩千光年，直徑近20萬光年，總體上說銀盤非常薄。

2017年底，國家天文台劉超研究員等率先利用LAMOST數據成功繪制出銀盤外圍的空間結構剖面圖。研究人員分析，銀盤的恒星數目雖然在随着銀盤半徑減少，但并沒有在5萬光年處停下來，而是一直延伸到距離中心6.2萬光年處。以往的研究認為，銀盤的半徑大約隻有14-15千秒差距，之後會有一個明顯的截斷，很多理論研究據此推演銀河系的形成和演化曆史。盡管有研究在距離銀心20千秒差距的地方陸續發現了少量的年輕恒星，但是直到這項工作，人們才真正系統地看到了銀河系外盤的廬山真面目。

除了1千秒差距範圍内的銀核繞銀心作剛體定軸轉動外，銀盤的其他部分都繞銀心作較差自轉，即離銀心越遠轉得越慢。銀盤中的物質主要以恒星形式存在，占銀河系總質量不到10%的星際物質，絕大部分也散布在銀盤内。星際物質中，除電離氫、分子氫及多種星際分子外，還有10%的星際塵埃，這些直徑在1微米左右的固态微粒是造成星際消光的主要原因，它們大都集中在銀道面附近。

銀盤主要由星族Ⅰ天體組成，如G～K型主序星、巨星、新星、行星狀星雲、天琴座RR變星、長周期變星、半規則變星等。

銀暈和銀冕

銀河的盤面被一個球狀的銀暈包圍着，直徑25萬～40萬光年。由于盤面上的氣體和塵埃會吸收部分波長的電磁波，所以銀暈的組成結構還不清楚。盤面（特别是旋臂）是恒星誕生的活躍區域，但是銀暈中沒有這些活動，疏散星團也主要出現于盤面上。銀暈輪彌散在銀盤周圍的一個球形區域内，銀暈直徑約10萬光年，這裡恒星的密度很低，分布着一些由老年恒星組成的球狀星團，在銀暈外面還存在着一個巨大的呈球狀的射電輻射區稱銀冕，銀冕至少延伸到距銀心32萬光年遠。銀河的盤面被一個球狀的銀暈包圍着，估計直徑在250,000至400,000光年。由于盤面上的氣體和塵埃會吸收部分波長的電磁波，所以銀暈的組成結構還不清楚。盤面（特别是旋臂）是恒星誕生的活躍區域，但是銀暈中沒有這些活動，疏散星團主要分布在盤面上。

銀河中大部分的質量是暗物質，形成的暗物質暈估計有5.8×1011M☉，以銀河為中心被聚集著。

在2006年1月9日，MarioJuric和普林斯頓大學的一些人宣布，史隆數位巡天在北半球的天空中發現一片巨大的雲氣結構（橫跨約5,000個滿月大小的區域）位在銀河之内，但似乎不合于目前所有的銀河模型。他将一些恒星彙聚在垂直于旋臂所在盤面的垂線上，可能的解釋是小的矮星系與銀河合并的結果。這個結構位于室女座的方向上，距離約30,000光年，暫時被稱為室女座星流。

2017年，國家天文台研究人員利用LAMOST觀測的暈族紅巨星，直接繪制出銀河系40千秒差距（1秒差距約為3.26光年）内的三維剖面圖，從而揭示出恒星暈的複雜構成——内部呈扁球形，外部則逐漸變成球形。恒星數密度則按照單一幂律形式由内向外減少。

2019年8月，中國科學院國家天文台利用LAMOSTDR5中K巨星的三維位置和三維速度，在銀河暈中找到40餘組子結構，包含近2000顆恒星。其中包括大量的人馬座星流、麒麟座星環、室女座緻密區、孤兒星流等銀暈中已知子結構和其他未知子結構的成員星，并第一次給出了銀河系暈中大樣本子結構的六維參數信息。這些信息更加精确地展現出銀河系現在的結構以及其過去的吸積曆史。通常星系在發生吸積并合時，會在其周圍的空間（暈）中留下原星系的殘骸，例如星流（stream）、緻密區（overdensity）、殼層（shell）等子結構（substructure）。

為了尋找這些子結構，研究人員利用LAMOSTDR5中K巨星的空間位置和視向速度，再結合匹配自GaiaDR2的切向速度信息，得到13000餘顆具有完整六維相空間信息的暈星星表，同時這也是目前（2020）能夠得到的擁有完整六維信息的最大銀河系暈星星表。

研究人員在對樣本中具有相似速度和位置的恒星進行歸類和分組後，在13000顆暈星樣本中找到了40餘組，近2000顆暈星是屬于子結構的，這些恒星具有明顯區别于本地暈星的成團性（位置和速度空間）。

旋臂

銀河系有5條主旋臂，它們分别是英仙臂、獵戶臂、船底-人馬臂、矩尺臂和盾牌-半人馬臂。

英仙臂的半徑大約有10,700秒差距，位于天鵝臂和人馬臂之間，由于從地球上看的位置在英仙座而被稱為英仙臂。盾牌-半人馬臂，也稱盾牌-南十字臂是從銀河系中心接近棒的末端，由彌散的氣體和塵埃組成，向外螺旋彎曲的長串星流。它與銀河的棒連接的區域是豐富的恒星形成區。除此之外，銀河系還有其他旋臂。銀河系的螺旋結構還不确定，目前對于銀河臂的性質也還沒有共識。因為銀河系的螺旋臂經常有分支、合并、意外的扭曲，而有程度不一的不規則性，完美的對數螺旋模式隻能粗略的描述太陽附近的特征。

太陽系在獵戶臂上。這條臂位于英仙臂和人馬-船底臂之間，長度約為20000光年。它的形狀和包含豐富的大質量恒星形成區可與其他4條旋臂類比。本地臂或許不是孤立的，它極有可能是鄰近英仙臂和人馬-船底臂的一部分。太陽離銀河系中心距離為26000光年，繞銀心旋轉速度為236千米/秒，繞行一周大約要2.12億年。太陽幾乎在銀盤的中心平面上，距中心面垂直距離約為20光年，比以前的估計值82光年要小。

太陽系

太陽系位于獵戶座旋臂靠近内側邊緣的位置上，距離銀河系中心約2.64萬光年，逆時針旋轉，繞銀心旋轉一周約需要2.2億年。太陽運行的方向基本上是朝向織女星，靠近武仙座的方向，偏離銀河中心大約86度。太陽環繞銀河的軌道大緻是橢圓形的，但會受到旋臂與質量分布不均勻的擾動而有些變動。

太陽系大約每2.25億～2.5億年在軌道上繞行一圈，可稱為一個銀河年。因此以太陽的年齡估算，太陽已經繞行銀河20～25次了。太陽的軌道速度是217km/秒，換言之每8天就可以移動1個天文單位，1400年可以運行1光年的距離。

太陽距銀心

約28000光年[38]

北銀極

α=12h51m，δ=+27°07'（後發座）

銀心方向

α=17h45m，δ=-28°56′（人馬座）

太陽處銀河系旋轉速度

約250公裡/秒

太陽處銀河系旋轉周期

約2.2億年

相對于3K背景的運動速度

約600公裡/秒（朝向α=10h，δ=-20°方向）

翹曲結構

2019年，中國科學院國家天文台陳孝钿、鄧李才研究組和北京大學王舒研究組基于經典造父變星構建了一個穩健的銀河系盤模型，給出了銀河系翹曲結構的直觀三維地圖。造父變星是一類中等質量的年輕脈動變星，比太陽重3至20倍，亮約幾萬倍。由于它們的脈動周期和光度嚴格相關，因此可以精确測定距離，精度可達3%至5%。

科學家研究發現距離銀河系中心越遠，造父變星就越偏離銀盤面，整體呈“S”型；同時，從銀心向外的翹曲呈現複雜的進動現象。該項工作表明銀河系外盤翹曲的起源與巨大的内盤所施加的力矩有關，并且造父變星所示蹤的恒星盤與氣體盤的結構非常一緻，至少向外延伸到約6.5萬光年。盡管翹曲現象在河外星系中經常出現，但是理論家們對它是如何形成的莫衷一是。一種可能的解釋是外盤受到某種轉矩作用而形成。

2013年12月19日，蓋亞空間望遠鏡在法屬圭亞那成功發射升空，飛往距地球150萬公裡的地日拉格朗日L2點——這是太陽和地球引力的平衡點之一。

通過蓋亞空間望遠鏡，人們進一步證實了以前認為是水平的銀河系銀道面，實際上是一種一頭高、一頭低的翹曲結構。太陽系所在位置的銀盤厚度約為500光年，太陽位置以外翹曲的程度大約是偏離銀道面4500光年，在對應另外一端銀盤的厚度大約是3000光年。此前有人提出，暗物質、磁場等或是造成這種翹曲結構的原因，但是後來發現，暗物質等因素無法解釋這種結構在未來6到7億年内的運動速度，并且這個速度貌似還在随時間變化

于是，科學家提出了一個猜想：翹曲結構或許源自銀河系與其他星系的碰撞：銀河系的一個衛星星系——半人馬座矮星系嫌疑最大。此前的研究表明，它的确曾經幾次縱穿銀河系圓盤，而且可能正在被銀河系吸收。此種碰撞對兩個星系内的天體均有很大影響。因為天體正面相撞的幾率非常小，這種影響主要集中在運動軌道的改變、局部物質密度的擾動等方面。蓋亞空間望遠鏡的觀測數據表明，大約在62億年至42億年前，人馬座矮星系和銀河系初次相撞，導緻了銀河系内氣體物質的擾動。

蓋亞空間望遠鏡收集的數據，不僅揭示了人馬座矮星系對銀河系的影響，碰撞産生的漣漪似乎引發了主要的恒星形成事件。一項新研究揭示了57億年前的銀河系往事——銀河系或與半人馬座矮星系發生過3次碰撞，第一次碰撞就産生了太陽，因為太陽的年齡與因半人馬座矮星系碰撞效應而形成的恒星年齡一緻。

伴星系

銀河系有兩個伴星系（衛星系）：大麥哲倫雲和小麥哲倫雲。與銀河系相對的星系稱為河外星系。

銀河系、仙女座星系和三角座星系是本星系群3個主要的星系，本星系群總共約有50個星系，而本星系群又是本超星系團的一份子。

銀河被一些本星系群中的矮星系環繞着，其中最大的是直徑達2.1萬光年的大麥哲倫星系，最小的是船底座矮星系。其他環繞着銀河系的還有小麥哲倫星系，最靠近的是大犬座矮星系，然後是人馬座矮星系、小熊座矮星系、玉夫座矮星系、六分儀座矮星系、天爐座矮星系和獅子I矮星系。

質量

估計的銀河系質量各不相同，取決于使用的方法和資料。最低的估計值範圍，銀河系的質量是5.8×1011太陽質量（M☉），略小于仙女座星系的質量。在2009年，使用超長基線陣列發現在銀河系外側邊緣的恒星速度達到254km/s（570,000mph）。因為軌道速度取決于軌道半徑内的總質量，使推測銀河系有更大的質量，大約與仙女座星系相當，在距離中心160,000ly（49kpc）的距離内，質量是7×1011M☉。在2010年，測量暈星的徑向速度，發現在8,000秒差距内的質量是7×1011M☉。根據2014年發表的一項研究，銀河系的總質量估計為8.5×1011M☉，這大約是仙女座星系一半的質量。

2020年，國際研究團隊利用美國國家航空航天局哈勃太空望遠鏡和歐洲航天局"蓋亞"探測器對銀河系進行了迄今最精确的"稱重"，認為銀河系質量大約相當于1.5萬億個太陽質量。在銀河系總質量中,約2000億顆恒星以及銀河系中心一個超大型的黑洞僅占很小的比例，大部分質量來自暗物質。這種看不見的神秘物質，就像宇宙的"腳手架"，把恒星固定在星系的某個位置。暗物質暈相對均勻的分布至距離銀河中心10萬秒差距處。銀河系的數學模型表明暗物質的質量是1–1.5×1012M☉。最近的研究表明質量範圍可以大到4.5×1012M☉，小到8×1011M☉。

銀河系所有恒星的總值量估計在4.6×1010M☉至6.43×1010M☉之間。除了恒星之外，還有包括90%的氫和10%的氦組成的星際氣體，其中三分之二的氫是原子形式，其餘的三分之一是分子氫。這些氣體的質量相當于星系恒星總質量的10%至15%。額外的星際塵埃占氣體總質量的1%。

研究年表

早期探索

1584年，意大利人布魯諾明确提出宇宙是無限的，恒星都是遙遠的太陽，太陽隻是無數個恒星中的普通一員。

1609年8月25日，意大利科學家伽利略·伽利萊首次使用望遠鏡進行天文觀測，而後，T.賴特、I.康德、J.H.朗伯等認為，銀河和全部恒星可能集合成一個巨大的恒星系統。

1612年，德國天文學家馬裡烏斯率先用望遠鏡發現了仙女大星雲。

1718年，英國天文學家哈雷通過觀測和分析，首次指出恒星不動的概念是錯誤的。後來，赫歇爾正确地認識到，恒星運動是由恒星自身的運動和太陽的空間運動兩部分合成的結果。

1750年，英國天文學家賴特（Wright）發表了《宇宙的新理論》一書。他根據銀河狀況，銀河系是扁平的，由于太陽連同地球位于這一系統的内部，從不同方向觀測才看到了銀河和離散分布的點點繁星。賴特猜想，這類星雲中有一些可能是同銀河系相似的巨大恒星系統。

1755年，德國人康德首次明确提出在銀河系外的宇宙空間中存在着無數個類似的天體系統，稱為河外星系，或簡稱星系。

1783年，赫歇爾通過對所觀測到的大量恒星運動的統計分析，發現太陽以大約每秒20千米的速度朝着織女星方向運動，太陽空間運動的發現徹底動搖了哥白尼日心體系中太陽固定不動的觀念。

1785年，英國天文學家威廉·赫歇耳用“恒星計數”的方法繪制了一張銀河圖，他用方法得出了銀河系恒星分布為扁盤狀，被群星環繞，其長度為7000光年，寬1400光年，太陽處在銀河系的中心。這是人類建立的第一個銀河系模型，它雖然很不完善，但使人類的視野從太陽系擴展到銀河系廣袤的恒星世界中。

18世紀後期，英國天文學家威廉·赫歇耳用自制的反射望遠鏡進行了系統的恒星計數觀測，他計數下117600顆恒星，以此得出了一個恒星系統呈扁盤狀的結論。

19世紀

19世紀，約翰·赫歇耳将恒星計數的工作擴展到南天。

1845年，羅斯勳爵發現第一個漩渦星系M51。

1852年，美國天文學家史帝芬·亞曆山大聲稱銀河系是一個旋渦星系，卻拿不出證據加以證明。

近現代觀測

20世紀初，美國威爾遜山天文台建成了當時世界上最大口徑的2.5米天文望遠鏡。天文學家把以銀河為表觀現象的恒星系統稱為銀河系。J.C.卡普坦應用統計視差的方法測定恒星的平均距離，結合恒星計數，得出了一個銀河系模型。在這個模型裡，太陽居中，銀河系呈圓盤狀，直徑8千秒差距，厚2千秒差距。H.沙普利應用造父變星的周光關系，測定球狀星團的距離，從球狀星團的分布來研究銀河系的結構和大小。他提出的模型是：銀河系是一個透鏡狀的恒星系統，太陽不在其中心。沙普利計算出：銀河系直徑80千秒差距，太陽離銀心20千秒差距，這些數值太大，因為沙普利在計算距離時未計入星際消光。

1900年，荷蘭天文學作家科内利斯·伊斯頓公布銀河系漩渦結構圖，然而旋臂及銀心都畫錯了。

1904年，恒星光譜中電離鈣譜線的發現，揭示出星際物質的存在。随後的分光和偏振研究，證認出星雲中的氣體和塵埃成分。

1905年，赫茨普龍發現恒星有巨星和矮星之分。

1906年，卡普坦為了重新研究恒星世界的結構，提出了“選擇星區”計劃，後人稱為“卡普坦選區”。他于1922年得出與F.W.赫歇耳的類似的模型，也是一個扁平系統，太陽居中，中心的恒星密集，邊緣稀疏。在假設沒有明顯星際消光的前提下，于1918年建立了銀河系透鏡形模型，太陽不在中心。到20世紀20年代，沙普利模型已得到天文界公認。由于未計入星際消光效應，沙普利把銀河系估計過大。到1930年，特朗普勒證實星際物質存在後，這一偏差才得到糾正。

1913年，赫羅圖問世。

1917年，美國天文學家沙普利通過對銀河系内天體分布的分析，确認太陽并不位于銀河系的中心，而是處于相對說來比較靠近銀河系邊緣的地方，從而糾正了赫歇耳銀河系模型的錯誤。

1918年，威爾遜山天文台建成了口徑2.54m的反射望遠鏡———胡克望遠鏡。美國天文學家H.沙普利（HarlowShapley）經過4年的觀測，提出太陽系應該位于銀河系的邊緣。研究球狀星團的空間分布，建立了銀河系透鏡形模型，太陽不在中心。而是在銀河系的邊緣。銀河系的中心應在人馬座方向。沙普利提出了太陽不在銀河系中心的觀測分析結果。在觀測發現了銀河系自轉以後，沙普利的銀河系模型得到了天文學家的公認。

20世紀20年代，銀河系自轉被發現後，沙普利的銀河系模型得到公認。但由于未計入星際消光，沙普利模型的數值不準确。研究銀河系結構傳統上是用光學方法，但有一定的局限性。近幾十年來發展起來的射電方法和紅外技術成為研究銀河系結構的強有力的工具。

1922年，威爾遜山天文台的鄧肯在編号為M31的星系中發現了一些變星。

1923年，哈勃用威爾遜山天文台的胡克望遠鏡通過照相觀測，将M31的外圍部分分解為單個的恒星，并認出其中的一顆是造父變星，接着在M31中又找到幾顆造父變星。此外，在M33和NGC6822中也發現了一些這類變星。10月6日，美國天文學家哈勃利用這台望遠鏡拍攝了仙女星雲的照片，照片上星雲的外緣已被分解成一顆顆恒星。哈勃從中發現了多顆這類變星。利用這些造父變星，哈勃推算出仙女星雲的距離為225萬光年，遠遠超出銀河系範圍。河外星系的存在最終得以确認。

1926年，瑞典天文學家林得布拉德分析出銀河系也在自轉。把對銀河系的認識大大向前推進了一步。

1927年，荷蘭天文學家奧爾特證明銀河系确實在繞中心自轉，同時說明銀河系的整體不是固體。因此，越靠近中心，自轉越快，銀河系邊緣自轉緩慢。

1929年，荷蘭天文學家巴特·博克計劃使用恒星計數法探測銀河系的結構，十多年後宣告失敗。

1931年，巴德于威爾遜山天文台工作，并開始發展星族的概念。

1942年，瑞典天文學家林德布拉德提出“密度波”概念，後來美國科學家提出了系統的密度波理論，初步解釋了旋臂的穩定性。

1943年，威廉·摩根（WilliamMorgan）與光譜學家飛利浦·基南共同發表一套完整的光譜圖集來描述各種不同光譜型和光度級的恒星之光譜特征，稱為MK（摩根—基南）分類系統。

1944年，巴德通過仙女星系的觀測，判明恒星可劃分為星族Ⅰ和星族Ⅱ兩種不同的星族。星族Ⅰ是年輕而富金屬的天體，分布在旋臂上，與星際物質成協。星族Ⅱ是年老而貧金屬的天體，沒有向銀道面集聚的趨向。

1951年，摩根提出，銀河是螺旋形的。根據摩根的說法，銀河系有3條熾熱恒星群組成的旋臂，分别是英仙座、獵戶座和人馬座旋臂。本傑明說，近年來，人們普遍堅持的是，銀河系有4條主要旋臂，分别是定規座旋臂、半人馬座旋臂、人馬座旋臂和英仙座旋臂。太陽坐落在位于人馬座和英仙座之間的一條小旋臂--獵戶座旋臂附近。

1964年，美籍華裔科學家林家翹與徐遐生提出旋渦星系螺旋臂的維持密度波理論，初步解釋了旋臂的穩定性，他們建議螺旋臂隻是螺旋密度波的顯示。

20世紀70年代期間，人們通過探測銀河系一氧化碳分子的分布，意外地發現了銀河系的第四條旋臂，它跨越狐狸座和天鵝座。

1971年，英國天文學家林登·貝爾和馬丁·内斯分析了銀河系中心區的紅外觀測和其他性質，指出銀河系中心的能源應是一個黑洞。

1976年，法國的兩位天文學家還具體地繪制出了以上四條放臂在銀河系中的位置，這是迄今最好的銀河系漩渦結構圖像。

1982年，美國天文學家賈納斯和艾德勒發表了令人震驚的新說法--他們通過對銀河系434個銀河星圖的圖表繪制，發現銀河系并沒有漩渦結構，而隻是一小段一小段的零散旋臂，漩渦隻是幻影，這是因為銀河系各處産生的恒星總是沿銀河系旋轉方向形成一種“串珠”，而不斷産生的新恒星連續地顯現着渦漩的幻影。

2003年，升空的斯皮策太空望遠鏡已對從太陽系的小行星到可觀測宇宙邊緣的遙遠星系進行了逾10年的研究。這是首次在一張巨幅全景圖上将所有星辰的圖片拼接再現。銀河系是個扁平的螺旋盤，太陽系位于其中一個螺旋臂上。由于大量塵埃和氣體阻擋了可見光，因此在地球上無法直接用光學望遠鏡觀測到銀河系中心附近的區域。而由于紅外線的波長比可見光長，所以斯皮策太空望遠鏡能穿透密集的塵埃并觀測到更遙遠的銀河系中心地帶。2003年3月21日，天文學家根據獲取的數據繪制了一幅更精确的銀河系中心帶星圖，并指出銀河系比先前所想的更大一些。這些數據使科學家能建立起一個更全面立體的星系模型。

2004年，天文學家使用甚大望遠鏡（VLT）的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究，首度在球狀星團NGC6397的兩顆恒星内發現了铍元素。這個發現讓他們将第一代恒星與第二代恒星交替的時間往前推進了2至3億年，因而估計球狀星團的年齡在134±8億歲，因此銀河系的年齡不會低于136±8億歲。

2006年，新的發現認為，銀河系的主序星中都是單星。銀河系中大部分的物質是暗物質，形成的暗銀暈有0.6萬億～3萬億個太陽質量，以銀核為中心聚集着。一般認為銀河系中的恒星多為雙星或聚星。研究人員的報告指出，過去發現銀河系的盤面有不明原因的傾斜，現今已經發現是環繞銀河的大小麥哲倫星雲的擾動所造成的漣漪。是在它們穿過銀河系的邊緣時，導緻了某些頻率的震動所造成的。科學家宣布說，他們已證實銀河系發生了彎曲變形，而導緻其變形的力量來自環繞其外圍的暗物質激蕩。科學家解釋說，暗物質雖然看不見，但它們的質量可能是銀河系中可見物質的20倍，所以對銀河系中天體的影響是不可小視的。2006年5月9日，天文學家發現了銀河系的兩個新矮星系。這兩個矮星系均為橢球矮星系，分别位于星空中獵犬座和牧夫座的所在方向，均距離太陽約64萬光年。據專家介紹，一個星系的亮度不到銀河系的10%，就被視為矮星系，而星系的亮度主要與星系中恒星的數量有關。牧夫座方向新發現的矮星系是迄今已知最暗淡的矮星系，但其亮度還是相當于10萬個太陽。

2008年，科學家宣布說，他們通過觀測證實銀心中的确存在着黑洞。科學家花了16年時間在智利的歐洲南方天文台追蹤圍繞銀心運行的28顆恒星，從而證實了黑洞的存在，因為黑洞影響着這些恒星的運行。探測表明，這個名為人馬座A*的巨型黑洞，其質量是太陽的400萬倍，距離地球大約2.7萬光年。

2009年3月6日，美國用德爾塔ΙΙ型火箭發射了世界第一個專門用于尋找類地行星的空間望遠鏡——“開普勒”。其任務是尋找與地球相似的星球，解答“地球是否是孤獨的”這一曆史難題。如果發現許多類地行星，就意味着生命可能在銀河系内普遍存在。專家預計，“開普勒”可發現50顆以上的類地行星。5月14日，歐洲航天局的“赫歇爾”和“普朗克”空間望遠鏡由阿麗亞娜5—ECA型火箭發射升空，其觀測結果将颠覆人類對宇宙的認識。5月14日—18日，“阿特蘭蒂斯”号航天飛機航天員通過太空行走，順利完成了對哈勃空間望遠鏡進行第五次維修升級，哈勃的探測能力将增強70倍，工作壽命将延長到2014年。12月4日美國發表了繪制的最新紅外銀河系全景圖，該圖像是由80萬張斯皮策太空望遠鏡拍攝的圖片拼湊而成，全長37米。分辨率比此前最為清晰的銀河系照片高100倍。在這幅圖片的幫助下，科學家對銀河系進行了恒星計數，他們在計數後認為銀河系隻兩條主要旋臂。在依據此項研究繪制的銀河全圖上，人們看到兩條源于核球的主旋臂，太陽依然位于銀河系接近邊緣的地方，它的具體位置是獵戶座旋臂的内側，這是一條小旋臂，處于人馬座臂和英仙座臂之間。人馬臂和矩尺臂絕大部分是氣體，隻有少量恒星點綴其中。

2014年，科學家公布的最新的觀測數據顯示，銀河系的質量僅為仙女座的一半。這個研究結果來自一支國際研究小組，包括卡内基·梅隆大學的宇宙學家馬修·沃克，他們的研究論文發表在英國皇家天文學會的月刊上。論文指出，研究小組使用了一種全新的方法去測量星系的質量，比以往的測量方法更加精确。美國航天局（NASA）公布了數字版銀河系360度全景圖，該圖片由“斯皮策”太空望遠鏡過去10年拍攝的200萬張照片拼接而成，包括銀河系一半以上的恒星，像素達200億，如果打印出來，需要體育場那麼大的地方才能展示，因此美國航天局決定發布其數字版，方便天文迷查詢。其實，這張圖片展示的僅是地球天空中大約3%的區域，卻包含了銀河系裡超過一半的星辰。

2015年3月，科學家使用斯隆數字巡天勘測數據分析了銀河系邊緣恒星的亮度和距離，結果發現銀河系邊緣像瓦楞紙闆一樣，存在皺褶結構，凹槽中存在着恒星。實際上這些恒星區域也是銀河系的一部分，真實的銀河系比之前預想大50%。11月7日，關于銀心的最新觀測表明，銀河系的最核心部位基本上全部是由白矮星組成的，數量則至少在10萬顆上下。而核心中的核心，則是由大約70顆較大的白矮星組成的。至于如何觀測到更多的内容，科學家表示，需要靠下一代觀測設備，比如NASA正在建設的JamesWebb号天文望遠鏡來完成了。

2018年4月10日，美國國家航空航天局(NASA)消息，天文學家使用哈勃太空望遠鏡，首次精确測量了地球與宇宙中最古老天體系統之一——球狀星團NGC6397的距離。

2019年3月，科學家們利用哈勃太空望遠鏡和蓋亞的觀測數據來對銀河系質量進行估計，得出的結果是約為1.5萬億太陽質量[64]。10月6日，澳大利亞和美國研究團隊近來發現，銀河系中心的超大質量黑洞在350萬年前噴射出巨大能量束，像燈塔光束一樣沿兩極擴散形成兩個錐形噴發雲。研究顯示，這種規模的爆炸強度隻可能來自與人馬座A黑洞有關的核活動，這一黑洞質量大約是太陽的420萬倍。

2020年03月25日，英國科學家，達勒姆大學天體物理學家艾麗絲·迪森及其同事利用銀河系附近星系，找到了銀河系的邊界。他們的最新研究顯示，銀河系的精确直徑為190萬光年，誤差不超過40萬光年（1光年等于94600億千米）。05月09日，國家天文台消息，科研團隊利用郭守敬望遠鏡與歐空局蓋亞空間望遠鏡的觀測數據，在銀河系的獵戶座星雲附近發現一個新的移動星群，共包含206顆成員星，其中74顆是主序前恒星，也就是中心氫尚未點燃的原恒星。天文學家表示，該移動星群的發現，為研究銀河系旋臂密度波驅使恒星聚集、從而觸發星雲坍塌的可能性提供了觀測證據，對理解銀河系的形成、結構和演化具有重要意義。