天文學家的髒窗戶：銀河系塵埃的 3D 地圖

當觀測遙遠天體，必須考慮「星際紅化」與「星際消光」兩個現象。

精確的天文觀測需要了解這些天體與地球間的星際塵埃量，因觀測宇宙就像透過蒙塵窗戶，星際塵埃不僅會使天體光變紅（稱為「星際紅化」），還會讓亮度降低（稱為「星際消光」）。天文學家時常困惑，天體本身真的是紅色，還是因光線穿越星際塵埃雲後產生顏色偏移？如今，科學家公開前所未有的銀河系星際塵埃3D詳細地圖，有助更準確解讀天文觀測數據。

雖然「星際紅化」與「星際消光」會影響天文觀測結果，但天文學家能重建星際塵埃對星光的影響。星際塵埃並非均勻吸收和散射所有波長的光，是短波長（偏藍色）吸收較強，長波長（偏紅色）吸收較弱。這種波長依賴性可繪製為消光曲線，形狀不僅揭示塵埃成分，也提供不同星際區域輻射環境的資訊。

為了更精確描繪這些效應，團隊結合歐洲太空總署蓋亞（Gaia）任務的1.3億筆光譜數據、中國國家天文台運行的郭守敬望遠鏡（LAMOST）光譜巡天計畫的觀測結果，以及機器學習技術，最終建構了首張銀河系宇宙塵埃特性的詳細3D地圖，成為解析天文觀測數據的關鍵工具。

▲ 銀河系星際塵埃的詳細3D地圖，範圍從以太陽為中心向外延伸至8,000光年。紅色區域表示星際消光在長波長（偏紅色）較明顯，藍色區域顯示消光對波長的依賴性較低。白色區域代表數據不足，灰色等高線標示高密度的塵埃區域，紫色點則標示測量恆星的位置。（Source：X. Zhang / G. Green, MPIA）

蓋亞任務歷時10.5年，精確測量超過十億顆銀河系恆星及鄰近天體的位置、運動與其他性質，並提供大規模的光譜數據，為這張新地圖奠定基礎。然蓋亞光譜解析度較低，無法精細區分不同波長的光譜。為了補足限制，團隊引入郭守敬望遠鏡光譜巡天數據，對1%樣本恆星提供高解析度光譜，確定恆星的基本性質，如表面溫度與光譜型態。

提升精確度關鍵是機器學習，團隊訓練神經網路，據恆星性質與前方塵埃特性產生對應的模型光譜，將結果與1.3億筆蓋亞光譜比對，推導出這些恆星與地球間的塵埃特性。最終成功重建銀河系首張詳細的3D消光曲線地圖，為理解星際塵埃與影響提供前所未有全面及精確視角。論文發表於《Science》。