近期，中国科学院上海天文台叶人豪与沈世银研究员探索了一种基于生成式人工智能的跨望远镜图像预测方法。该工作以DESI地面巡天与Euclid空间望远镜的真实配对的星系图像为基础，构建了从地面视宁度受限图像到空间高分辨率图像的生成式映射，并面向未来Euclid DR1覆盖天区提前生成了大规模预测图像数据集E-BGS。这一成果为缓解地面观测分辨率不足对星系结构测量的限制、在更广天区开展相关研究，探索了新的技术路径。相关成果发表在《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）上。

星系的结构参数——大小、形状与表面亮度分布——为研究星系形成与演化中的角动量演化、气体冷却和并合等过程提供了重要的观测约束。从统计上来说，这些物理过程的综合影响可体现在“恒星质量—大小”等标度关系中。早型星系与晚型星系呈现不同的质量—大小关系，这些关系及其随宇宙时间的变化，为理解星系的结构演化提供了重要线索。可靠地刻画这些关系，需要准确测量不同质量和大小的星系，并充分考虑致密星系与矮星系等群体的测量偏差。

DESI亮星系巡天（BGS）及Legacy Imaging Surveys测光数据，为低红移星系研究提供了规模空前的样本，目前已有千万个星系的测光数据，以及数百万个星系的光谱。然而，约四分之一的BGS星系，其r波段半光半径小于该波段典型点扩散函数（PSF）的半高全宽，结构分辨不足。在这一尺度范围内，结构参数测量容易出现与星系大小相关的系统性偏差，进而影响对星系群体演化的判断。

空间望远镜能够避开大气扰动，获取更高分辨率的图像。本研究采用Euclid首次快速数据发布（Q1）的VIS图像，覆盖约63.1平方度。相较于BGS约14,000平方度的巡天天区，Euclid目前公开的成像覆盖范围仍然有限，大多数BGS星系尚缺乏公开的Euclid VIS图像。研究团队采用图像到图像的薛定谔桥扩散模型（Image-to-Image Schrödinger Bridge），利用DESI与Euclid Q1重叠天区内的82,830对真实配对图像进行训练与验证。模型以地面r波段图像为起点，结合z波段图像作为条件，通过逐步迭代生成Euclid VIS波段的预测图像，呈现比原始地面输入更精细的结构，如图1所示。

图1 从独立测试集中随机选取的星系。各列依次为实际DESI观测图像（r, z波段）、Euclid VIS实测图像、模型预测的图像（E-BGS）以及预测图像减去实测图像的残差图（Residual）

研究团队在空间上独立的测试集上开展了两个维度的评估。在频域中，以傅里叶环相关（FRC）中位数降至0.5时对应的角尺度为指标，E-BGS预测与Euclid实测图像的相关尺度约为0.5角秒，而DESI r、z波段分别为1.9角秒和1.35角秒。预测与实测图像的相关性因此延伸至约为地面输入对应尺度1/3.8和1/2.7的尺度，表明预测图像在比原始地面输入更小的角尺度上，仍与Euclid实测图像保持统计相关。在结构参数层面，研究团队测量了Petrosian半径、Sérsic有效半径与Sérsic指数三项指标。结果显示，在所采用的样本筛选和测量方法下，E-BGS的三项结构参数与Euclid VIS测量结果之间的中位偏差的绝对值均小于DESI r波段结果：Petrosian半径偏差降至0.006角秒（DESI r为0.112角秒），且其偏差对星系大小的依赖明显减弱；Sérsic有效半径的中位偏差为−0.004角秒，较DESI r波段的−0.041角秒更接近零；Sérsic指数偏差降至+0.093（DESI r为+0.262）。研究团队发现这种改进主要体现在样本整体的中位偏差上，残差的离散程度并未得到改善。

除了上述评估，研究团队为Euclid DR1预计覆盖天区内的符合样本选择条件的BGS目标生成了Euclid VIS波段的预测图像，并作为E-BGS数据集公开，如图2所示。这些目标目前尚无公开的Euclid实测图像。研究团队将待Euclid DR1提供相应图像后，开展独立检验，从而客观评估生成式AI在真实科研场景中的可用性与局限。

图2E-BGS数据集示例。每组左图为DESI地面观测的三波段合成图，右图为AI生成的Euclid VIS波段预测图像。这些星系尚无公开的Euclid实测图像，预测结果将与后续公开的Euclid实测图像进行比较，以检验其可靠性。

研究团队强调，这一方法的价值不仅在于获得更清晰的图像，更在于探索AI能在多大程度上利用已有观测线索，为星系结构测量提供可靠信息。与此同时，他们也明确指出了当前方法的边界：预测图像中的小尺度特征不能保证与实测结构逐一对应，中位偏差的减小并不意味着单个星系的测量误差同步减小，且尚未排除不同星系子群体中可能存在的条件偏差。未来，随着更多真实高分辨率观测的积累，这类生成式方法有望在持续检验中不断完善，并帮助天文学家更有效地规划后续观测，把有限的望远镜时间投向最需要补充证据的方向。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae9cbf

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