长期以来，寻找遥远而极其暗弱的天体与结构，是理解宇宙起源与演化、物质与能量循环，以及暗物质、暗能量等重大科学问题的重要途径之一。但越接近观测极限，信号越容易被噪声“淹没”：天光背景的随机涨落与望远镜自身热辐射等噪声叠加，会让暗弱信号成像和测光中出现失真、漏检乃至误判，成为深空探测长期面临的核心难题。问题的关键在于“信号弱、噪声强、数据大”。对处于宇宙早期的星系来说，可获取的光子极少，再叠加仪器噪声与观测条件变化，传统处理方法往往不得不在“更深”和“更准”之间权衡：一味追求更深，可能引入更多伪信号；过于保守，又可能错过关键目标。同时，空间望远镜观测数据规模庞大、类型多样，不同波段、不同设备的成像特性也不尽相同，深入增加了深度增强与可靠识别的难度。针对这个瓶颈，清华大学戴琼海教授、蔡峥副教授、吴嘉敏副教授等带领团队提出并研发天文模型“星衍”。该模型以计算光学为基础，面向深空观测中噪声与信号混叠的问题，建立暗弱信号的提取、重建与一致性校验机制，可高效解析海量观测数据，并具备兼容多类探测设备的扩展潜力。研究团队将其定位为通用型深空数据增强平台，为不同望远镜与多波段观测提供更稳健的数据处理能力。 从技术路径看，“星衍”将提升探测能力的重点放在对噪声形成机制与天体光度分布的联合刻画上。团队提出“自监督时空降噪”方法，不依赖额外人工标注，而是直接利用大量真实观测数据进行训练与约束，通过建模时空维度的噪声涨落特征，提高暗弱信号的可重建性与可判别性。在增强观测深度的同时，模型也对探测准确性施加约束，降低将噪声误判为天体的风险，力求在“看得更深”和“看得更真”之间取得平衡。 成果表现上，研究显示，将“星衍”应用于詹姆斯·韦布空间望远镜数据后，覆盖波段可由可见光延伸至中红外，并将深空探测深度提升1个星等、探测准确度提升1.6个星等。按等效能力衡量，这相当于将空间望远镜的等效口径从约6米提升到接近10米量级的观测效果。在此基础上，团队生成了目前国际上已知探测深度最优的深空成像结果，刷新深空探测极限并绘制“极致深空图”。 更值得关注的是其对科学产出的推动。团队借助“星衍”识别出超过160个宇宙早期候选星系，推测存在于大爆炸后约2亿至5亿年这一关键窗口期；而此前国际上同一时期已知目标仅50余个。早期星系样本的大幅扩充，意味着在再电离时期、最初恒星形成与星系组装等研究方向上，有望获得更充足的观测线索，并为宇宙早期结构形成的理论模型提供更严格的检验条件。 影响也不局限于单一成果。审稿意见认为有关研究为探测宇宙提供了“强大工具”，将对天文领域产生重要影响。从学科发展角度看，一上，深空观测正进入“数据密集型”阶段，先进的数据增强与误差控制方法将成为与硬件同样关键的基础能力；另一方面，模型强调多设备兼容与跨波段处理，有助于提升不同观测项目之间的数据可比性与复用效率，减少重复处理成本，加快从数据到发现的转化。 面向后续工作，如何将技术优势转化为长期稳定的科研能力同样重要。其一，需要在更广泛的望远镜数据、不同天区与不同观测条件下开展系统验证，明确模型适用边界，并建立不确定度刻画方法，形成便于国际同行复核的标准流程。其二，可结合新一代望远镜任务与巡天计划，推进算法、数据格式与处理管线的协同设计，使“增强”与“观测”在源头更好匹配。其三，在扩展候选天体清单的同时，应配合后续光谱确认与多波段交叉验证，提升样本的物理可信度，避免因“更深”带来系统性偏差的累积。 前景判断上，随着更多空间与地基观测设施投入运行，人类探索暗弱天体的重点将从“能否看到”转向“能否精确刻画”。以“星衍”为代表的计算成像与数据驱动方法，有望在暗物质分布推断、暗能量效应约束、系外行星搜寻以及宇宙起源相关观测中发挥更大作用，为基础科学重大问题提供新的技术抓手与数据支撑。
从仰望星空到解析星河，技术进步不断拓展人类认知边界；这项源自中国的原创突破表明，在基础研究领域，持续投入与协同创新能够带来具有国际影响力的成果。随着更多科学装置应用这项“中国方案”开展深空探索，我们有望迎来对宇宙认识的新一轮跃升。