Traditionnellement, cela a été principalement de l'imagination car l'absorption par les nuages de poussière interstellaires nous empêche de voir, à la lumière visible, au-delà d'une zone de la Voie lactée qui n'est que d'environ 20% de la distance au centre de la galaxie. Cela ne représente qu'environ 4% du disque entier de la Voie lactée était visible. Bien sûr, nous pouvons voir indéfiniment loin lorsque nous regardons hors de l'avion, mais alors nos lignes de vue passent hors du disque de la Voie lactée.
Au milieu du 20e siècle, la radioastronomie nous a permis de voir la matière interstellaire à travers toute la galaxie, sous la forme de la raie spectrale de 21 cm (1,4 GHz) d'hydrogène atomique neutre (HI). Nous pourrions alors voir des preuves de bras en spirale géants, mais les déterminations de distance par rapport au gaz interstellaire sont très approximatives, nous pourrions donc simplement avoir une idée générale de ce à quoi il pourrait ressembler, vu par un observateur extérieur. Plus tard, des observations détaillées de la raie spectrale de 2,6 mm (115 GHz) de monoxyde de carbone interstellaire ( CO ), principalement situées dans des nuages d'hydrogène moléculaire, nous ont donné un aperçu plus détaillé puisque les nuages moléculaires définissent les bras spiraux de notre galaxie beaucoup plus étroitement que faire les nuages les plus diffus d'hydrogène neutre.
Étant donné que l'émission de HI et CO est sous la forme de raies spectrales, nous pouvons déterminer la vitesse radiale (vitesse vers ou loin de nous) de chaque nuage émetteur en utilisant l'effet Doppler. En utilisant un modèle de rotation galactique, nous pouvons ensuite faire une carte des bras en spirale sur toute la galaxie.
Mais ceux-ci étaient encore très approximatifs car (1) chaque nuage a ses propres mouvements qui provoquent une erreur de distance lors de la comparaison des observations avec le modèle et (2) il y a deux distances possibles correspondant à une vitesse radiale donnée pour des parties de la galaxie plus proches de la centre que nous sommes.
Nous connaissions donc les grands bras en spirale et à peu près où ils se trouvaient, mais l'image détaillée était encore principalement de l'imagination.
Plus récemment, des observations détaillées dans l'infrarouge nous ont permis de voir profondément dans les régions de formation récente d'étoiles à travers la galaxie. Ces régions de formation récente d'étoiles définissent les bras en spirale bien mieux que les observations de gaz interstellaire, mais beaucoup de travail impliquant la comparaison des observations infrarouges, radio et micro-ondes est nécessaire pour arriver à une bonne image générale. Voir Une carte de la Voie lactée pour une bonne vue de notre compréhension actuelle de ce à quoi pourrait ressembler la galaxie de la Voie lactée vue de l'extérieur.
