近日，北京师范大学物理与天文学院与前沿科学研究所的博士生王涛在苑海波教授指导下，和云南大学、国家天文台、山西大学合作，基于LAMOST DR11光谱参数和Gaia DR3 XP无缝光谱及参数构建了全天高精度三维消光图。该研究提供了迄今为止综合性能最强的全天三维尘埃消光图，并在此基础上，直接在三维空间识别出3345个分子云，形成了目前最大的含精确距离与物理参数的分子云云表。两项成果作为连号姊妹篇，已同时发表于《天体物理学杂志增刊》（2025, ApJS,280:15 & 280:16）。
星际尘埃在紫外、光学和近红外波段会显著地遮蔽并红化星光，从而影响天体本征信息的测定，构建覆盖全天的高精度三维消光图不仅是实现可靠消光改正的必要条件，也是理解银河系尘埃分布、星际介质演化乃至恒星形成与反馈的基础。过去十年，随着大规模巡天项目的兴起，天文学家在绘制银河系尘埃三维消光图方面取得了显著进展。Chen et al. (2019) 和Green et al.(2019) 基于多波段测光数据，实现了角分辨率达~7角分、探测深度达6 kpc的三维消光图，极大推动了银盘与北天区域的研究。然而，利用测光数据的方法受限于恒星参数的不确定性，其消光精度普遍有限。近期，Edenhofer et al. (2024) 首次基于Gaia DR3的 XP 无缝光谱数据构建了全天消光图，但其角分辨率较低（~14角分），探测深度仅限于1.25 kpc内的太阳邻域。同时，以往的三维消光图依赖复杂的贝叶斯推断与海量数据插值，生成的数据产品动辄数GB，计算成本较大。现有方法要么牺牲精度换取广覆盖，要么追求细节却困于局部。如何突破这一瓶颈，构建一张既精确又深远，既细致又高效的三维尘埃地图，成为当前银河系三维消光图构建的重要问题。
研究人员利用LAMOST DR11的恒星大气参数与基于Gaia XP光谱合成的B/V波段测光，利用恒星配对法获得了约460万颗恒星的E(B–V)，其典型精度达到0.01 mag（此LAMOST消光星表已在Wang et al. 2025a中提供），此后结合 Gaia XP 的红化测量（Zhang et al. 2023），将其与LAMOST的E(B–V)进行了严格交叉验证与筛选，形成约1.5亿颗恒星的LAMOST-Gaia联合E(B–V)高可靠样本，中位精度 ~ 0.03 mag。
为了重建不同视线方向上的红化——距离关系，研究人员采用了具备物理含义的参数化建模方法，在建模过程中考虑了本地泡、弥散星际介质以及多个潜在分子云的贡献。通过自适应分辨率与具备物理含义的连续函数建模策略，最终生成了迄今为止综合性能最强的全天三维尘埃消光图：1）角分辨率：在3.4至58角分之间变化，其中约一半天区的分辨率优于6.9角分；2）探测距离：在 |b| < 5°的高消光区域，三维消光图的最大可靠距离为 3-5 kpc，而在其他区域则可延伸至10-15 kpc；3）精度：在银纬 |b| > 20°的大多数区域，精度可达0.01 mag，在其它区域精度为0.01- 0.05 mag，是当前最常用Green et al. (2019) 消光图精度的2倍；4）易用性：由于使用参数化建模，最终数据包小巧，仅约400MB，并且使用成本极低（读取千万颗源用时约五秒）。
为了用一图直观展示三维尘埃消光图，研究人员将不同距离区间的消光强度以对数尺度映射为RGB三原色的亮度，展示在在图一中，并在图二中分距离切片展示了尘埃分布和Green et al. (2019) 的对比，得益于本工作三维尘埃消光图的高精度、高分辨率与探测深度，许多以往未被识别的精细结构得以显现。同时，研究人员在图三中将尘埃分布转换至笛卡尔坐标系下的XY/XZ/YZ平面绘制，可以从银河尺度上更加直观审视尘埃的分布。
图一：基于近、中、远距离尘埃消光大小作为三原色构建的三维消光图全景图。图中采用红、绿、蓝通道分别表征不同距离范围内的尘埃分布：红色代表近距离尘埃（0–0.6 kpc），绿色代表中距离尘埃（0.6–2 kpc），蓝色代表远距离尘埃（2 kpc 至最大可靠距离）。颜色反应了不同距离区间内消光大小（以对数尺度）。
图二：在不同距离范围内的累积红化分布：0–0.5、0.5–1、1–2 和 2–5 kpc。图的左侧显示了本研究的结果，右侧展示了Green et al.(2019)的结果。所有子图均以角分辨率为 3.3角分绘制。在近距离和大尺度上，两组数据集显示出良好的一致性，得益于本工作三维尘埃消光图的高精度、高分辨率与探测深度，许多以往未被识别的微弱结构得以显现。
图三：银河系鸟瞰图XY平面的尘埃密度分布，太阳位于距银心8.12 kpc处（以黑色“×”符号标示）。图中同时标示了银经方向l = 0°和l = 90°。实线和虚线曲线分别表示旋臂的中心位置及其±1σ宽度，从左至右依次为：英仙臂、本地臂、本地臂支臂和人马-船底臂，数据源自Reid et al.(2019)利用脉泽测量所得的旋臂位置。顶部图：XZ平面内的尘埃密度分布。右侧图：YZ平面内的尘埃密度分布。
基于上述三维尘埃消光图，研究人员应用了层次聚类方法直接在三维空间中识别高密度结构，最终确定了3345个分子云，并编制了一份全天分子云云表（该云表已在Wang et al. 2025b中公开），展示在图四中。该云表覆盖从90 pc 至 4.3 kpc 的距离范围，并为每个分子云提供了包括位置、尺度、质量、表面密度和尘埃密度在内的关键物理参数。在这些分子云中，约 650 个与本地泡的边界相关，另有约 740 个位于银纬 |b| > 20°的高纬区域。分子云的空间分布揭示了银河盘中的一系列大尺度结构，包括似乎南北贯通的本地泡、连续的臂状特征，以及巨大的空腔。这些结果不仅揭示了分子云在追踪银河系旋臂网络中的作用，也为理解本地泡的形成历史、星际介质的大尺度演化过程，以及分子云与星际环境的相互作用提供了新的视角。
图四：识别出的分子云的银道坐标系下的分布。圆圈大小代表角半径，颜色表示分子云到太阳的距离。红色虚线勾勒出的空洞区域对应于Neill et al.(2024)所识别的“烟囱”（chimney）结构，被解释为本地泡（Local Bubble）的一个银河北部的垂直开口。同一研究中描述的“隧道”（tunnel）特征则由黑色虚线标出，分子云的识别暗示，本地泡的南侧可能有更广阔的开口，或者说本地泡可能是南北贯通的。
本研究构建的高精度全天三维尘埃消光图及系统性的银河系分子云识别结果，为精确消光改正、银河系结构刻画与星际介质演化研究提供了全新的观测约束，也为未来探索银河系尘埃结构、恒星反馈、揭示银河系大尺度结构演化提供了良好的基础。为了便于应用，研究人员开发了Python工具包dustmaps3d，并建设了方便使用的网站，网站提供在线查询功能、使用三维消光图的教程以及Python包的安装和使用说明（https://nadc.china-vo.org/data/dustmaps）。上述工作得到了国家自然科学基金及重点研发项目的支持。
相关论文链接：
1.Wang, T., Yuan, H., Chen, B., et al. 2025a, ApJS, 280, 15
2.Wang, T., Yuan, H., Chen, B., et al. 2025b, ApJS, 280, 16
3.Chen, B. Q., Huang, Y., Yuan, H. B., et al. 2019, MNRAS, 483, 4277
4.Green, G. M., Schlafly, E., Zucker, C., Speagle, J. S., & Finkbeiner, D. 2019, ApJ,887, 93
5.Edenhofer, G., Zucker, C., Frank, P., et al. 2024, A&A, 685, A82
6.Zhang, X., Green, G. M., & Rix, H.-W. 2023, MNRAS, 524, 1855
7.Reid, M. J., Menten, K. M., Brunthaler, A., et al. 2019, ApJ, 885, 131
8.O'Neill, T. J., Zucker, C., Goodman, A. A., & Edenhofer, G. 2024, ApJ, 973, 136
