由數百名國際頂尖科學家組成的「斯隆數字巡天」（Sloan Digital Sky Survey，SDSS）研究團隊經過六年研究，近日公布一萬個宇宙星系的完整三維星系光譜數據庫，是迄今最大規模星系光譜測量。香港中文大學（中大）物理系的研究團隊，是SDSS內香港唯一代表，負責收集銀河系不同類型恆星的光譜，建立數據庫為觀測星系提供參數比照等重要角色，助重建不同星系的恆星形成歷史，以了解宇宙起源及發展。

在人類身處的銀河系以外，宇宙存在數以億計不同的星系，它們是由大量恆星（例如太陽）、星際氣體和暗物質等組成的龐大系統，亦是恆星誕生、演化和死亡的地方。為了解星系及恆星的發展和演化歷史，在過去數十年，天文學家開展了不同的普查項目，拍攝它們的影像、偵測光譜和研究不同星系之間的相似及不同之處。其中SDSS在2014年啟動「阿帕奇點天文台近鄰星系測繪專案」（MaNGA），利用嶄新的光纖束儀器，繪製近鄰星系的詳細光譜地圖。

中大物理系副教授嚴人斌教授是MaNGA的項目科學家，負責制定科學目標，管理測量運作，並帶領中大團隊分析星系光譜數據；嚴教授亦出任「MaNGA恆星光譜庫」（MaStar）項目的首席科學家，他表示：「分析星系光譜好像聽交響樂。我們同時聽到整支樂隊的音樂，但只要知道所有樂器各自的音域或特色，就可以理解其組成。MaStar團隊的工作就是囊括銀河系各種不同類型的恆星光譜，再透過運算分析，得知星系光譜所對應的恆星類型以及數量等，藉此重建每個MaNGA星系的恆星形成歷史。」

嶄新光纖束儀器　繪製上萬個星系光譜

MaNGA採用的六邊型陣列光纖束儀器。
相片來源：SDSS

MaNGA採用由多個排成六邊型陣列的光纖束儀器，可同時對準17個目標星系，測量效率較其他望遠鏡的同類儀器高出近20倍。透過新技術，團隊能夠在每個星系測量數十到數百個不同區域的光譜，每條光譜包含不同波長的光（各種顏色的可見光和近紅外光）的強弱變化，最後組成一個星系的完整光譜訊息「資料方塊」。

上圖為「資料方塊」槪念圖。 MaNGA測量每一個星系區域所得的數據，會以一維光譜表達；將同一星系所有區域的一維光譜結合，便會組成一個代表整個星系光譜數據的三維「資料方塊」。 相片來源：Stephen Todd (ROE) and Douglas Pierce-Price (JAC)

在MaNGA開始之初，研究團隊急切解決缺乏參考數據問題。當時可參考的恆星光譜庫，不但波長覆蓋範圍窄，而且光譜類型有限。因此，SDSS開展名為「MaNGA恆星光譜庫」（MaStar）項目，收集銀河系中2萬4千顆恆星光譜數據，作為銀河系以外星系的觀測參數比照。MaStar是至今最大型、數據最齊全的銀河系恆星光譜庫，對了解其他星系中恆星的年齡、運動、化學成分和質量等有重要參考成用，並可用於繪製星際電離氣體地圖，以估算每個星系中的每個位置有多少新生恆星正在形成。

MaStar 收集到24,000顆恆星的光譜數據，當中近 12,000顆恆星的數據組成 Hertzsprung-Russell 圖。圖中每個小圓圈代表一顆恆星，並顯示其與太陽（圖中紅點）比較的相對光度、相對重元素含量，以及恆星表面溫度和表面引力。 相片來源：嚴教授及SDSS團隊

嚴教授相信，MaNGA及MaStar項目及其嶄新研發的技術，有助推動日後的天文探索及研究。SDSS團隊和中大的團隊下一步將擴展新型光纖束技術的發展，構建更大的光纖束，集中研究銀河系及鄰近星系的星際氣體和新恆星，提高觀測星系的空間解析度。計劃將包括第五代SDSS（SDSS-V）The Local Volume Mapper（LVM）以及中大AMASE（Affordable Multiple Aperture Spectroscopy Explorer）項目（由嚴教授領導），希望將資料結合MaNGA已有的星系樣本，深入了解星際氣體和恆星共存及相互影響。

MaNGA及MaStar的所有數據已經上載到網站：

MaNGA：https://www.sdss.org/surveys/manga/

MaStar：https://www.sdss.org/surveys/mastar/

嚴教授的簡介及背景可瀏覽：http://www.phy.cuhk.edu.hk/people/teaching/rbyan.html