一张哈勃太空望远镜的图像可以捕捉到许多遥远的星系，但我们永远无法从外部看到的星系就是我们自己的银河系。因此，没有人知道银河系的确切大小和形状。在发现第一个太空螺旋星系一个多世纪后，天文学家才确定我们的星系也是一个螺旋星系，并且过了几年后，他们才推断出我们居住在一个棒旋星系中——这种星系的明亮中心区域是细长的。现在，观测者首次在银河系的远侧探测到五颗恒星，它们可以作为出色的标尺，这一壮举将揭示银河系未知领域的秘密。“这是一项经典的精美天文学研究，”加州大学伯克利分校的天文学家利奥·布利茨说，他没有参与这项发现。
来自南非和日本的研究人员在银河系盘的另一侧发现了五颗被称为造父变星的恒星，它们距离地球 72,000 到 99,000 光年。这五颗恒星都位于银河系中心之后，银河系中心位于人马座，距离我们约 27,000 光年。
造父变星在许多天文突破中都发挥了重要作用，因为它们揭示了一个关键量：天体距离。造父变星是一颗黄色的超巨星——一颗像太阳一样温暖但亮度更高的恒星——它会周期性地脉动，膨胀和收缩，从而使其光线时强时弱。正如大号的共振频率和音调比它相形见绌的小号低一样，一颗较大而明亮的造父变星的脉动时间比一颗较小、较暗的造父变星长。因此，仅仅测量一颗造父变星的脉动周期就可以指示该恒星发出的光量。将这种光度与造父变星的亮度进行比较，即可揭示它与地球的距离——恒星越远，它看起来就越暗。
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造父变星的位置最初表明它们来自附近的人马座矮星系，银河系的引力正在将其撕裂。“我们很惊讶地发现这些[恒星]不具备正确的速度，”开普敦大学的天文学家迈克尔·费斯特说。天文学家利用南非大型望远镜 (SALT) 测量了恒星在红外波长下的多普勒频移，红外波长可以穿透星系盘中的尘埃。从多普勒频移得出的速度表明，所有五颗造父变星都属于我们的银河系。天文学家在《自然》杂志 5 月 15 日刊上报告了他们的发现（《大众科学》是自然出版集团的一部分）。
这些恒星都明显高于和低于银河平面。造父变星总是相当年轻的——诞生于不到 1.3 亿年前——而年轻的恒星通常位于银河平面几百光年范围内。这五颗遥远的造父变星高于或低于平面 2,900 到 6,800 光年，这表明银河系恒星盘的远侧是张开的，就像喇叭的宽端一样。然而，这一发现是有道理的，因为产生年轻恒星的星际气体也在星系的边缘张开。“很高兴看到这些年轻的物体在那里，”哈佛-史密森天体物理中心的托马斯·达姆说，他没有参与这项研究，他使用分子气体发出的无线电波来绘制旋臂图，因为它们的气体孕育出新的恒星。“我们对银河系螺旋结构的了解有百分之九十来自我们这一侧。我们对另一侧一无所知。”
2011 年，达姆和他的同事帕特里克·萨德斯追踪了穿过银河系远侧的一条名为盾牌座-半人马座的巨大旋臂，发现那里的旋臂在银河平面以上数千光年处上升。不幸的是，与造父变星不同，这些无线电观测只能得出粗略的距离，达姆说这里的螺旋图可能像哥伦布时代航海家使用的地图一样有缺陷。他指出，其中三颗造父变星的位置相似，这表明它们位于强大的盾牌座-半人马座旋臂中；但它们的距离将它们置于地图上的位置之外，因此盾牌座-半人马座旋臂可能实际上比最初估计的距离更远。一颗造父变星甚至在恒星盘的边缘之外发光，暗示着银河系远侧的另一个遥远螺旋结构。
解决这些问题需要什么？更多造父变星。“五个太少了，”费斯特感叹道。但他表示，他们的发现“开启了这样一种可能性，即大型观测，尤其是在红外线方面，将发现更多像这样的恒星，并让人能够真正研究这些距离处星系的结构。”在未来十年内，我们应该能够更好地了解我们的银河家园。
来源：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt, SSC-Caltech (基础图像)；Ariel Weiss (造父变星位置)