臺北市立天文科學教育館

當我們觀測遙遠的天體時，必須考慮「星際紅化」與「星際消光」這兩個現象。精確的天文觀測需要了解這些天體與地球之間的星際塵埃量，因為觀測宇宙就像透過一扇蒙塵的窗戶，星際塵埃不僅會使天體的光變紅（稱為「星際紅化」），還會讓其亮度降低（稱為「星際消光」）。因此，天文學家時常感到困惑，這個天體本身真的呈現紅色，還是因為光線穿越星際塵埃雲後才產生顏色偏移？如今，科學家發布了一張前所未有的銀河系星際塵埃三維詳細地圖，將有助於更準確地解讀天文觀測數據。

雖然「星際紅化」與「星際消光」會影響天文觀測結果，但天文學家能夠重建星際塵埃對星光的影響。星際塵埃並非均勻地吸收和散射所有波長的光，而是對短波長（偏藍色）的吸收較強，對長波長（偏紅色）的吸收較弱。這種波長依賴性可繪製為消光曲線，其形狀不僅揭示了塵埃的成分，也提供不同星際區域輻射環境的資訊。為了更精確地描繪這些效應，研究團隊結合歐洲太空總署蓋亞（Gaia）任務的1.3億筆光譜數據、中國國家天文臺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三維地圖，使其成為解析天文觀測數據的關鍵工具。

圖說： 銀河系星際塵埃的詳細三維地圖，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）較為明顯，而藍色區域則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。© X. Zhang/G. Green, MPIA

蓋亞任務歷時10.5年，精確測量了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。然而，蓋亞的光譜解析度較低，無法精細區分不同波長的光譜。為了補足這一限制，研究團隊引入郭守敬望遠鏡光譜巡天數據，該計畫對其中1%的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。進一步提升精確度的關鍵則是機器學習技術，研究團隊訓練了一個神經網絡，根據恆星性質與前方塵埃特性生成對應的模型光譜，並將結果與1.3億筆蓋亞光譜進行比對，推導出這些恆星與地球之間的塵埃特性。最終，他們成功重建銀河系內首張詳細的三維消光曲線地圖，為理解星際塵埃與其影響提供了前所未有的全面及精確視角。研究成果發表於《Science》（Zhang et al. 2025）。（編譯 / 段皓元）

資料來源：MPIA