天文学是一门观测科学。人们认识太阳在银河系中的位置，正是在观测的基础上逐渐深入的。
　　18世纪后期大名鼎鼎的英国天文学家威廉·赫歇尔是第一个通过观测来研究银河系结构的。赫歇尔用的方法是恒星计数，就是先挑选出数百个均匀分布的天空区域，然后通过天文望远镜对这些天区进行上千次细致的观测，数出每一个天区内的恒星数目。他发现，越是靠近银河，每单位面积的恒星数目越多，而在垂直于银河平面的方向上，恒星的密度最小。根据对观测结果的计算研究，1895年，赫歇尔绘制出一幅扁而平、轮廓参差、位居太阳中心的银河系结构图。这是人类第一次从观测上证明了比太阳系更高一层次的天体系统的存在，在人类认识宇宙结构的历程中，具有里程碑的意义。
　　利用恒星计数研究银河系结构，需要面对如何估计和比较各个恒星的距离远近，这是一个棘手的问题。人们都有这样的经历：夜间行路或眺远，常常凭借灯火的明暗程度，估计村落？的距离或远处建筑。当年赫歇尔正是以类似＂所有的灯都一样的亮＂的思想，假设所有恒星具有相同的亮度，再由观测到的各恒星的明暗来推测它们的远近。赫歇尔的假设当然是不准确和粗糙的，但当时还没有更好的测定恒星距离的方法。
　　随着观测设备与技术的进步，到了19世纪的中叶，测定恒星距离的方法有了长足的发展，从而为人们更加准确地描绘银河系的真面貌奠定了坚实的基础。
　　美国天文学家沙普利是真正依靠观测证据来推断出太阳系并不在银河系中心的。1918年，他利用威尔逊天文台2.5米口径反射望远镜，研究当时已知的大约100个球状星团。统计结果显示，人马座方向集中分布了1/3的球状星团， 90%以上坐落在以人马座为中心的半个天球上。
　　假如太阳位于银河系的中心，而且球状星团在银河系内是对称分布的，则从地球上来看，球状星团在天空中也应该是球对称分布，这与观测结果是矛盾的。沙普利由此推想，是否还有另一种可能，即太阳系并不在银河系中心，这样，地球天空上的球状星团就不是球对称分布了。历经多年的研究和观测，沙普利正确地得出太阳系不在银河系中心的结论，银河系的中心应在人马座方向，太阳系则位于较靠近银河系边缘的地方。最终建立了银河系的透镜形结构模型。

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