天上的星星，谁是谁？
获取星体光谱的方法
首先通过望远镜拍摄深空照片，对照片上的星体成像进行分析，获得星体的位置（天球座标）以及观测亮度（视星等）；
然后根据星体亮度设定好光谱望远镜的曝光时长，望远镜对准星体的位置进行长时间曝光拍摄光谱；
对上一步得到的光谱图像进行定标、抽谱等操作，最后才能得到可直接供科学研究的一维光谱数据。
▲图1. LAMOST十个发布数据在天球上的动态脚印
识别星星的身份
LAMOST[1]（郭守敬望远镜）是我国天文学家自主研发的光谱巡天望远镜，目前已经拍摄了两千多万条光谱，共发布了10个版本的光谱数据（DR10）（图1），国内外天文学家陆续对这些光谱数据进行分析取得了诸多重要的科学成果。那么，LAMOST是如何识别并逐一拍摄到如此海量的星体光谱呢？这就要从选源星表说起。
目前LAMOST的选源星表首先通过征集国内外天文学家的科学目标来整合，然后由LAMOST科学委员会审核通过，再通过LAMOST工作人员来梳理完成LAMOST输入星表，制定望远镜巡天计划。这种情况下，可能存在同一个天体目标来源于不同的选源星表，也就是会被重复观测。我们也就无法准确知晓每一个天体究竟被拍摄了几条光谱以及何时拍摄的。尤其面对日益增多的光谱观测计划，望远镜很可能会在曾经拍摄过的区域重复拍摄光谱，如图1演示。为了解决这一问题，提高望远镜的观测效率，并且和国际天文数据保持一致性，LAMOST数据处理部工作人员借助于Gaia卫星和Pan-STARRS望远镜提供的测光星表，对LAMOST的光谱进行了以星体为单位的统一，并且对天体的观测星等也进行了统一，即构建了LAMOST的同源星表。
Gaia卫星是欧洲航天局的太空任务，提供了银河系近20亿颗恒星的高精度测光数据，波段覆盖范围是G（约320——1050 nm）、G_BP（约320——670 nm）、G_RP（约670——1050 nm），观测暗星的星等分布约为13——20.7等[2]。
Pan-STARRS是美国的光学测光望远镜，拍摄了约一百万张测光图像并提供了超过30亿条记录的测光信息，波段覆盖范围是g（约390——566 nm）、r（约529——713 nm）、i（约665——843 nm）、z（约785——951 nm）、y（约897——1100 nm），观测目标的星等分布约为14——22等[3]。由于上述两个巡天项目所拍摄的波段、星等范围与LAMOST的数据较为一致，而且它们对天球的覆盖范围较为完备，所以我们使用它们的同源测光信息作为LAMOST光谱数据的补充，这更方便了天文学家对数据信息的获取和使用。
如何构建同源星表？
宇宙中的各类天体离地球距离各不相同，虽然它们呈三维空间分布，但投影到天球后，都变成了在球面上的分布。如何在球面上找到每一条光谱对应的测光目标，是构建LAMOST同源星表的最基本也是最重要的问题。根据LAMOST的光纤半径和视宁度[4]数据，我们采用3角秒作为交叉半径来判断同源关系，即光谱和测光目标的中心坐标之间的距离如果不大于3角秒，则认为拍摄到的是同一个目标。由于各望远镜空间分辨率不同，这样交叉匹配就会出现三种结果：没有测光目标与光谱对应；1条光谱对应1个测光目标；1条光谱对应多个测光目标。
如果没有测光目标，或者有且仅有1个测光目标与1条光谱对应，这种现象很好理解，我们可以使用比较准确的测光信息作为光谱数据的补充。如果在光谱中心坐标半径3角秒的圆内存在多个测光目标（1对多），则处理起来相对来说要复杂许多。大体上包含以下几种情况。
▲图2. 一条光谱对应多个测光源
a)LAMOST的观测目标非单星（图2中的a）。多颗星距离非常近，而且亮度差别不大。由于LAMOST的光纤无法将它们分开，所以几颗星的光子均落到同一条光纤内，最后形成双星光谱。而在测光图像中，程序可以检测到若干个天体中心，于是测光星表就会记录几个目标的信息。这种情况下，由于几颗星的亮度可能不同，我们无法提供这个天体的准确星等。图2中的a是两颗亮度相当的天体，由于在天球上的距离过近，被LAMOST拍摄形成了双星光谱，而在测光星表中，却是两个独立的目标。
b)LAMOST的观测目标旁边至少还有一颗更亮的星（图2中的b）。光谱可能会受到亮星的污染而表现出非观测目标的特征。图2中的b包括了两颗蓝色的星，LAMOST对准了右上方的星进行拍摄，但左下方的星过于明亮，星光也进入了光纤，光谱受到了污染。
c)LAMOST的观测目标旁边还有一颗或者几颗更暗的星（图2中的c）。光谱只记录了亮星的光子，没有明显分辨出暗星的数据。但是程序可以在测光图像中轻易地检测出两个不同的目标源。这种情况下，应选取亮星的测光数据作为标准。图2中的c包含了一颗红色的晚型星和一颗蓝白色的早型星。由于这颗晚型星视星等较高，LAMOST拍摄的光谱呈现出M型恒星的特征。
针对一对多的情况，需要进一步单独的研究分析才能准确知晓此目标星体的信息。
▲图3. LAMOST同源星表制作的流程图
根据前文所述，我们制定了LAMOST同源星表的制作流程（图3）。将LAMOST光谱与Gaia DR3测光进行交叉，如果没有测光源与其对应，则与Pan-STARRS1 DR2测光数据进行交叉。如果只有一个Gaia的测光源与LAMOST光谱对应，则使用Gaia的测光源ID（GID）作为天体目标的标识符，在LAMOST的同源星表中称为UID；如果只有一个Pan-STARRS的测光源对应，则使用Pan-STARRS的测光源ID（PID）作为UID；如果没有对应的测光源，或者有多个测光源对应，则使用LAMOST第一次拍摄的光谱ID作为UID。考虑到Gaia和Pan-STARRS数据的测光星等分别与LAMOST中分辨率和低分辨率光谱的星等分布范围较一致，我们也使用它们的同源测光星等作为LAMOST中、低分辨光谱数据的同源星等。同源星表在LAMOST光谱巡天观测中给每一个被拍摄的天体都赋予了自己独特的“身份证号（UID）”。就像是每位公民都有自己的身份证号，不论去哪里，做什么样的查验，只要对比身份证号，立刻就知道来者何人了。每个天体有了自己的UID标识之后，不论望远镜拍摄光学光谱（如人们的生活照），还是红外图像（如人们的热成像），还是X射线观测（如人们在医院拍摄的CT片），还是射电波段观测（如人们听的收音机），都可以定位到唯一的天体，天文学家也可以对此天体进行多角度全方位的研究分析，得到最全面的研究成果。参考文献：
1.2012.Cui X.-Q., et al., 2012, Research in Astronomy and Astrophysics, 12, 1197 2, 17
2.https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/science-performance
3.https://outerspace.stsci.edu/display/PANSTARRS/
4.Chen, J. J., Bai, Z. R., L., L. A., & H., Z. Y. 2014, SPIE, 86 9149
来源：中国科学院国家天文台
