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银河系在夜空中呈现出一条朦胧的光带，在晴夜质量较好的时候，可以观察到宽约30°，拱起夜空。这条光带的光源来自于银河平面方向上未分辨的恒星及其他物质的累积，光带周围的较亮区域则显示为柔和的光斑，称为恒星云，其中最显着的是人马座大恒星云，它是银河系中心隆起部分的一部分。光带中的呈现为缝隙状和带状的黑暗区域，是由于星际尘埃阻挡了来自遥远恒星的光线造成的，而银河本体所遮挡的天域称为回避带。
银河的表面亮度相对较低，背景光（如光污染或月光）会极大地削弱其可见性。天空的亮度需要低于每平方角秒20.2星等，银河才能被看见。如果极限视星等在大约5.1星等，银河应该可见，并且在6.1星等时展示更多的细节，因此在城市或郊区明亮的灯光下很难看到银河，但在月亮位于地平线以下的乡村地区观测时，银河会非常显眼。人造夜空亮度图表明，全球超过三分之一的人口由于光污染无法在家中看到银河。
从地球观测，银河系经过了25个星座的天区：天鹅座、天鹰座、狐狸座、天箭座、蛇夫座、盾牌座、人马座、天蝎座、天坛座、矩尺座、豺狼座、南三角座、圆规座、苍蝇座、南十字座、船帆座、船尾座、麒麟座、猎户座、金牛座、双子座、御夫座、英仙座、仙后座和蝎虎座。
银河中心位于人马座方向，是银河最亮的地方。从人马座开始，模糊的白色光带似乎绕到御夫座的银河反中心。然后这条光带继续绕过天空的其余部分，回到人马座，将天空分成两个大致相等的半球。银河平面相对于黄道面（地球轨道平面）倾斜大约60°。相对于天赤道，它最北可以到达仙后座，最南可以到达南十字座，这显示了地球赤道平面和黄道面相对于银河平面的高度倾斜。按照B1950，北银河极位于赤经12时49分，赤纬+27.4°，靠近后发座的β星，南银河极则靠近玉夫座的α星。由于这一高倾角，视观察时间和季节的不同，银河弧可能在天空中相对较低或较高。对于大约北纬65°至南纬65°的观察者，银河每天会两次经过头顶。
对于北半球来说，银河夏季星空的重要标志，以及由3颗亮星，即银河两岸的织女星、牛郎星和银河之中的天津四所构成的“夏季大三角”。夏季的银河由天蝎座东侧向北伸展，横贯天空，气势磅礴，极为壮美。而冬季的银河很黯淡（在猎户座与大犬座），但在天空中可以看到明亮的猎户座，以及由天狼星、参宿四、南河三构成的明亮的“冬季大三角”。
2.1早期探测：早期人类依靠裸眼对银河进行观测和记录。
在华夏古代，银河被视为一条想象中的河流，与五行中的水元素紧密相连，并在占卜预测术中发挥作用，这表明古人对银河的认识更多是基于象征和神话，而非科学观测。但对银河系本身的观测，华夏的史料记载较少，而西方的观测和记载则相对丰富和齐全。
&eica》一书中，阿那克萨哥拉（约公元前500-428年）和德谟克利特（公元前460-370年）曾提出，“由于地球的阴影，银河中恒星的光辉无法直接可见，而其他恒星则是从太阳获得光亮，但它们的光辉被太阳光线遮蔽”。亚里士多德（公元前384-322年）本人认为，“银河是地球上层大气的一部分，与恒星一样，银河是恒星燃烧的副产物，由于它位于大气层的最外层，无法消散，形成了银河的巨大圆形。他认为，银河的乳白色外观是由于地球大气层的折射作用造成的”。
新柏拉图主义哲学家奥林匹奥多罗斯（约公元495-570年）批评了这种观点，称如果银河位于月球以下的区域，它在地球上的不同时间和地点应该呈现出不同的外观，并且应该具有视差，但并不符合事实。他认为银河应该是天体的一部分，这个观点后来对伊斯兰世界产生了影响。
波斯天文学家阿尔比鲁尼（973-1048年）提出，“银河是无数类似星云的碎片的集合”。安达卢西亚天文学家阿威姆佩斯（卒于1138年）提出银河由许多恒星组成，但由于大气层的影响，它看起来像是一幅连续的图像，他引用自己在1106或1107年观察到木星和火星的会合作为证据。波斯天文学家纳西尔丁·图西（1201-1274年）在他的《Tadhkira》中写道：“银河，即星系，是由大量紧密排列的小恒星组成的，由于它们的集中和微小，看起来像云状斑点。正因为如此，它被比作牛奶的颜色 。”。伊本·盖伊姆·贾瓦齐亚（1292-1350年）提出，银河是“无数密集在固定恒星天球中的小恒星”。
2.2近代观测：近代是以望远镜观测实验为主的时代。
1584年，意大利人布鲁诺明确提出宇宙是无限的，恒星都是遥远的太阳，太阳只是无数个恒星中的普通一员。
证明银河系由许多恒星组成的证据出现在1610年，当时伽利略使用望远镜研究银河系，发现它由大量微弱的恒星构成，但他得出了错误的结论，认为银河系的外观是地球大气折射造成的。
在1755年的一篇论文中，伊曼纽尔·康德在托马斯·赖特的早期研究基础上推测银河系可能是一个由大量恒星组成的旋转体，受引力的作用，类似于太阳系，但规模要大得多（现今来看这是正确的观点）。由此形成的恒星盘从位于盘内的角度看，会呈现为天空中的一条带状。赖特和康德还推测，夜空中可见的一些星云可能是类似于银河系的独立“星系”。康德将银河系和“外星系星云”称为“岛宇宙”，这一术语在1930年代之前仍然被广泛使用。
1785年，威廉·赫歇尔首次尝试描述银河系的形状以及太阳在其中的位置，他通过仔细计数可见天空不同区域的恒星数量，绘制了银河系的形状图，认为太阳系接近中心。1845年，罗斯勋爵建造了一台新望远镜，能够区分椭圆形和螺旋形星云。他还成功观察到一些星云中的单个点源，从而支持了康德早期的推测。