我們沒有從銀河系外觀察過太陽系，那麼是怎麼得出太陽系處於銀河的第二懸臂之中的呢？

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其實不光是銀河系的照片，連太陽系的行星在一起的照片也是假的，編教科書PS的，如果按比例的話，在A4的紙張上面畫一個最大的圓表示太陽，那麼最遠的行星已經在幾公里路之外了，這些會不會在沒有接觸天文學知識的時候給學生或者孩子造成錯誤的認知？

還有，為什麼是第二懸臂，而不是第一或第三？

我突然發現一件事情，有人真的以為隨便挑一個廣場，然後去畫人的位置，就可以畫出漩渦來……我只是想用這個比喻來表現這個方法的，我相信一般廣場上是不會畫出漩渦的……

這個理論上來說很簡單，雖然實際操作很複雜。

這個問題跟下面的場景很像：你站在一個很多人的廣場上，如何判斷自己相對於其他人處在什麼樣的位置呢？
假定你可以很準確的估算出自己和任意一個人的距離，那麼這時候你可以自信的拿出一張紙一直鉛筆，先在紙上隨便畫一個點，表示自己，然後把其他的每一個人跟自己的距離和方位繪製在紙上，最後，你很驚奇的發現，廣場上的人不是均勻分布的，而是呈現一個漩渦狀，而你，恰好在這個漩渦的一個旋臂上，這就是獵戶座旋臂。

實際上，這裡最重要的問題是：你怎麼來確定自己和其它人的距離。當然，同樣的問題在天文學中也是最關鍵的。要想測量我們和一個天體的距離，沒有一個很統一的方法，但是我們有一個較為完整的測距體系，就是常說的距離階梯。可以給個圖片［1］：

這張圖片展示了我們在什麼樣的距離上需要用到什麼樣的測距方法。圖片最左邊是距離，其中 pc 是距離單位，稱為秒差距[2]，圖中還標明了到多遠是銀河系之內。具體就不講了，足夠再開一個問題了。總之，我們就是可以用一系列的方法來確定銀河系中其他天體的相對我們的距離和方位，這樣我們就可以繪製出一張銀河系的草圖，其中自然有我們的位置，因為我們這張圖是以我們為基準繪製的。
[1]：引力與時空，by Ohanian＆Ruffini。
[2]：http://en.wikipedia.org/wiki/Parsec http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A7%92%E5%B7%AE%E8%B7%9D

http://astroleaks.lamost.org/?p=2164 專業解答

從「人類如何得出銀河系是有旋臂」的回答吧。活生生的20世紀初的天文史啊！

1. 「造父變星」光度變化周期於絕對星等關係的發現，使得人們可以用造父變星的觀測來決定所屬星雲/星系和地球的距離[1]；

2. 造父變星周光關係的利用，立即使得一些星雲被發現處於銀河系外。比如M31仙女座星系[2]。從此銀河系成了宇宙中相當普通的一個星系。

3. 仙女座星系被發現是有旋臂的。因此容易想到銀河系也是有旋臂的；

4. 旋臂星系的模型被建立起來，結合一些天文測距方法的使用，銀河系的形狀和太陽系的位置就可以繪製出來了。

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Cepheid_variable
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Galaxy#Distinction_from_other_nebulae

因為天文學家們根據測量到的銀河系內數以萬計的天體的距離和方位，繪製出了星系的三維圖像。做到了在銀河系內觀測銀河系的大小和形狀。就好像你在一個房間里，不用別人從上面俯視，你看看周圍的牆壁和窗外，也知道自己是站在西北角一樣。

推薦一本科普書：＜＜星星離我們有多遠＞＞卞毓麟。

樓上幾位談得很專業。我補充一下，我們的方位還有個關鍵點，即銀河系的中心在哪裡？？
我們是身在銀河系中，沒辦法觀察全貌。
美國天文學家哈羅·沙普利
(1885年11月2日－1972年10月20日美國天文學家，美國科學院院士)
通過觀察球狀星團的聚集規律，確定銀河系的中心距離太陽系大約27000光年。
有了參照點就好辦多了。
比較新的理論是，銀河系中心是個黑洞，還真有證據，即G2星雲這幾十年可能被黑洞慢慢吃掉。UCLA等機構正在觀測。