其实人类并不知道银河系的精细形状。
目前所知的银河系模型，的确是通过观测和数据演算，合理模拟出来的。
两百多年前，英国天文学家威廉·赫歇尔制造出大型反射式天文望远镜，首次观测到了银河系中的大量恒星和星云。
于是他通过观测，开始了人类首次绘制银河系。
不过他绘制出来的银河系，却是这样的：
我们可以看出，这个银河系极其的不规则，和现在所知的银河系形状大相径庭。
不过，赫歇尔却是第一个认为银河为恒星系统，同时认为银河系是扁盘状，判定太阳距离银河系中心不远。
赫歇尔统计的恒星主要在北天，后来赫歇尔的儿子继承父业，统计了南天的恒星，这个原始银河系模型才逐渐完善。但赫歇尔父子的银河系形状依旧存在各种各样的问题，距离真相还有很长的距离。
为什么赫歇尔父子看不到真实形状的银河系？
大约有三点原因：
一、无法确定各个天体之间的相对距离。
二、存在星际尘埃阻挡星体，存在视野盲区，无法观察。
三、银河中心存在中心盘（银盘，主要为尘埃和气体），无法穿透，看不到银河系的另一边。
因为以上的种种原因，赫歇尔统计的银河系大小其实比今天的人类所知的银河系小得多（7500 光年大小，1500 光年厚度，甚至不及银河系一个悬臂大小）。
虽然形状大相径庭，但他对恒星的统计，却让我们对掌握银河系形状，跨出了关键的一步。
那人类是如何了解银河系全貌的呢？
时间又过了 100 多年，一直到二十世纪初，人们才逐渐绘制出了更加接近真实情况的银河系模型。
一开始主要是荷兰天文学家雅各布斯·卡普坦的贡献。
他利用恒星视差，统计了各个恒星的大概距离。
恒星视差是什么？
众所周知，地球是围绕着太阳公转的，但我们在地球上观察远处的恒星时。当地球运行到不同的位置时，我们观察到的近处恒星在遥远群星背景上所处的相对位置是不同的。
- 例如，当我们坐在前进的火车上时，看远处的树和更远处的山时，会发现它们的相对位置一直在发生变化。这里的树就相当于我们需要测量的恒星，远处山的就相对于宇宙背景板。
两个位置产生的角度，便是恒星视差。
我们知道日地距离，通过三角关系，就能算出观测恒星的位置和距离。
由于测量的天体十分的遥远，视差角足够小，那么地球和太阳到测量恒星距离的差值可以忽略。
地球与测量恒星的相对运动轨迹，可以近期地球围绕它进行圆周运动（一小段弧）。
在这个图上，弧长 L 相当于地球的运动轨迹（1 个日地距离），测量天体相当于在圆心的位置，地球与测量天体的距离，相当于半 r 。
根据角与弧长的关系，我们易得：
为了方便对所有恒星距离进行简算，在天文上，把地球视差为 1 角秒的测量距离，称为秒差距（pc），把日地距离定义为 1 个天文单位（AU）。
天体距离用 d 表示。
可得：
有了秒差距的具体大小，当测量天体与地球视差为 p 角秒时，便有这样的简算公式：
d（pc）=1/p（arcsec，即，角秒）
- 例如，比邻星与地球视差为 0.76 角秒，可直接计算得到比邻星与地球距离为：d=1.3pc=4.3 光年。
虽然我们现在通过这个公式，可以极其简单地计算出观测恒星的距离。
然而，放在 200 年却是十分的困难。
视差法测距其实是一个十分古老的方法，早在赫歇尔时代之前，就有天文学家试图通过视差法来绘制星表。
然而距离我们仅仅 4.3 光年的比邻星视差就小至 0.76 角秒，我们能观察到的恒星大多数都在数百甚至数千光年的距离外，视差低至数百分之一角秒。
如此小的视差，对 200 多年前的人类精度是一个巨大的挑战。不仅仅在于观测材料的精度上，也在于记录的精度上。
那个时候还没有照相机，每半年一次的位置测量，都是依靠徒手绘制。对于足够远的恒星精确位置几乎无法掌握。
不过，到了卡普坦时代，照相机已经发明了。
再结合大型天文望远镜，人类对微小视差掌握的精度，终于有了飞跃性的提升。
通过对数十万以上的恒星进行观测和统计，卡普坦建立了银河系模型。
由于测量的时候，是以太阳系为中心，所卡普坦的银河系模型的中心是太阳。
同时还得到了相关数据：
银河系呈圆盘状，直径 8 千秒差距，厚 2 千秒差距。
因为星际介质的影响，卡普坦的距离同样算小了一半。
不过，在卡普坦的模型里面，已经能够看到恒星集中的弧线（悬臂）。
由于卡普坦的银河系模型，还缺少足够的“坐标”定位，所以和今天人类所知的形状，依旧很有较大的差异。
美国物理科学家哈洛·沙普利另辟蹊径，根据球状星团之间的距离，“锚定”银河系关键位置，确定了银河系的结构。
- 球状星团：银河系早起形成的恒星所组成的星团，每个星团拥有成千上万的恒星。
星团内的一种叫做造父变星的恒星，存在有规律的光周期。沙普利根据光周期变化，最终测出了星团之间的距离。
根据星团距离，沙普利也建立了银河系模型：
银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在中心。
银河系直径 80 千秒差距，太阳离银心 20 千秒差距。
不过，因为星际消光（电磁波、尘埃、气体，造成光减弱）的存在，沙普利计算出来的银河系数值过大（大约相当于今天银河系模型的 3 倍大小）。
沙普利之后，银河系统的相关理论其实已经完备，银河系模型的完善，主要依靠观测技术的逐渐提升。
随着射电、光学、红外线以及 X 射线等观测技术的出现，还有哈勃等各种大型天文望远镜，卫星系统的精准测量。随着一些重大发现，银河系模型也在不停地更新和完善：
银河系有四条旋臂，分别命名为矩尺座旋臂和天鹅座旋臂、人马座旋臂、南十字座旋臂和盾牌座旋臂、英仙座旋臂。另外，这个星系不仅仅是螺旋形，还是一个棒旋星云，这个螺旋星系不是像百合花的花瓣那样从一个圆点散发出来，而是从位于星系中心的一个矩形长条的两个较短的边散发。
对于银河系被星云遮挡，或者中心盘遮挡的部分，往往利用视差测量。实在测量不了，便根据系统进行推测。
虽然因我们自身所限，根本不可能看到银河系的全貌，但却可以看到其它星系的全貌。利用其它星系进行推测，也能辅助确定银河系的整体形状。
当前的观测和摄影技术，已经能拍摄到这样的真实银河系：
通过对恒星和星云的速度观察，科学家最终发现了银河的自转，再把星际消光考虑进模型之后，一个经典的银河系模型便出现了：
而这一副模拟出来的银河系全景，原图像素高达 81 亿：
银河系全貌：
总之，银河系的模型，是根据真实数据，然后合理的模拟推测而得来的。
更加大尺度宇宙的结构，还必须借助红移现象来确定。
