# AstroResearch 科研功能扩展路线图

## 项目现状

### 已实现的核心能力

**数据源（9 个）**：

| 数据源     | 产品类型                                         | 状态 |
| ---------- | ------------------------------------------------ | ---- |
| LAMOST     | 光谱（LRS/MRS）                                  | 完整 |
| Gaia       | XP 光谱（BP/RP）、RVS、历元测光                  | 完整 |
| SDSS       | 光学光谱（spec）、APOGEE 近红外（apstar/aspcap） | 完整 |
| DESI       | 暗能量光谱仪（coadd）                            | 完整 |
| 2MASS      | 近红外测光（J/H/K）                              | 完整 |
| AllWISE    | 中红外测光（W1-W4）                              | 完整 |
| Pan-STARRS | 光学测光（g/r/i/z/y）                            | 完整 |
| ZTF        | 时域光变曲线（zg/zr/zi）                         | 完整 |
| TESS       | 空间时域光变曲线（2min/FFI）                     | 完整 |

**Agent 工具集**：

- `search_papers` — ADS/arXiv 文献搜索
- `process_paper` — 下载、解析、向量化、翻译
- `get_paper_content` / `get_paper_outline` — 阅读解析后文献
- `rag_search` — 稠密向量 + BM25 混合检索
- `query_target` — CDS Sesame 天体名称解析
- `find_observation` — 跨源观测数据统一下载
- `catalog_operation` — VizieR TAP 星表查询（ADQL + 锥形检索）
- `save_note` — 高亮/笔记存储
- `get_paper_metadata` — 完整文献元数据
- `search_local_library` — 本地文献库搜索
- `get_citation_network` — 引文网络图
- `analyze_image` — 视觉模型图像分析
- 文件操作、bash、记忆、技能、子 Agent、团队协作等

**已有技能**：

- `methodology` — 系统性文献综述方法论
- `plotting` — 科研绘图规范（占位，未实现）
- `presentation` — 演示文稿技能

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## 一、数据获取层 — 补全缺失的数据源

### 1.1 JWST/MIRI 数据获取

**目标**：通过 MAST API 获取詹姆斯·韦伯空间望远镜 NIRSpec/MIRI 光谱数据。

**需求**：

- 新增 `src/clients/mast/jwst.rs`，封装 MAST JWST 查询 API
- 实现 `JwstSpectrumFetcher`，注册到 `ObservationRegistry`
- Source 枚举新增 `Jwst` 变体
- 支持 NIRSpec IFU/MOS、MIRI MRS/LRS 光谱产品
- FITS 解析支持 JWST 特有的多扩展 BinTable 格式

**价值**：JWST 是当前最热门的望远镜，大量前沿论文依赖 JWST 数据。

**预估工作量**：中等（MAST API 文档完善，但 FITS 结构复杂）。

### 1.2 X 射线数据（XMM-Newton / Chandra）

**目标**：通过 HEASARC TAP 获取高能天体物理观测数据。

**需求**：

- 新增 `src/clients/heasarc/`，封装 HEASARC TAP 查询
- 实现 `XmmSpectrumFetcher` 和 `ChandraSpectrumFetcher`
- Source 枚举新增 `Xmm` 和 `Chandra` 变体
- 支持 X 射线光谱（PHA）和光变曲线产品

**价值**：覆盖高能波段，满足活动星系核、X 射线双星、星系团等研究需求。

**预估工作量**：中等（HEASARC TAP 接口标准，但数据格式多样）。

### 1.3 VLBI/Gaia 天体测量数据

**目标**：通过 VizieR 获取高精度自行、视差和天体测量数据。

**需求**：

- 扩展现有 `CatalogOperationTool`，预置 Gaia DR3 天体测量常用查询模板
- 新增 `GaiaAstrometryFetcher`，专门处理高精度自行/视差数据
- 支持按自行/视差筛选的 cone search

**价值**：精密天体测量是银河考古学和恒星动力学的基础。

**预估工作量**：小（VizieR 已支持，主要是模板和预置查询）。

### 1.4 光谱图像 Cutout

**目标**：实现 SDSS/Gaia/DSS 图像 cutout 下载 + 前端渲染。

**需求**：

- 实现 `ImageCutoutFetcher`，支持 SDSS SkyServer cutout API、DSS (STScI)、Gaia 推荐图
- 完成 `ImagePreview` 解析器（preview.rs 中已有占位）
- 前端 `ObservationPreviewRenderer` 新增图像渲染 case
- 支持自定义 cutout 大小和坐标

**价值**：观测规划和文献中的发现图（Finding Chart）必备。

**预估工作量**：中等（API 简单，但前端图像渲染需要新组件）。

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## 二、数据分析层 — 光谱/光变科学分析

### 2.1 光谱参数自动提取

**目标**：从 LAMOST/SDSS FITS 文件中自动读取恒星大气参数（Teff, logg, [Fe/H], 径向速度等），结构化入库。

**需求**：

- 新增 `src/services/spectrum/parameters.rs`，实现 FITS Header/BinTable 参数提取
- LAMOST：从 `params.fits` 或 `spec.fits` header 读取 `TEFF`, `LOGG`, `FEH`, `RV`
- SDSS/BOSS：从 `line.dat` 或 `aspcapStar` 读取 ASPCAP 参数
- SDSS/APOGEE：从 `aspcapStar` FITS 读取完整化学丰度
- DESEI：从 `coadd` FITS header 读取红移和分类
- 结构化数据入库（新建 `spectrum_parameters` 表或扩展 `observation_cache`）
- Agent 新增 `get_spectrum_parameters` 工具，查询已提取的参数

**价值**：每篇恒星物理论文都需要这类参数，手动提取极其低效。

**预估工作量**：中等（FITS 解析已有基础，需逐源适配 header 约定）。

### 2.2 光谱线识别与等值宽度测量

**目标**：标注 Balmer/H&K/金属线位置，自动计算等值宽度（EW）和半高全宽（FWHM）。

**需求**：

- 新增 `src/services/spectrum/lines.rs`，内置常见谱线波长表（真空/空气波长）
- 实现谱线搜索算法：在给定波长窗口内找局部极值（发射线找极大，吸收线找极小）
- 实现数值积分 EW 计算（梯形法）
- 支持用户自定义谱线列表
- Agent 新增 `measure_spectral_lines` 工具，输入光谱路径 + 谱线名称列表，输出 EW/FWHM
- 前端光谱图支持谱线标注叠加层

**价值**：光谱分析的核心操作，天文学生和研究者日常高频使用。

**预估工作量**：中等偏高（谱线表容易，但稳健的峰值搜索和 EW 计算需要仔细实现）。

### 2.3 交叉相关测速

**目标**：通过模板匹配法测量径向速度（RV），支持多波段光谱。

**需求**：

- 新增 `src/services/spectrum/cross_correlate.rs`
- 内置或下载标准模板光谱（如 Pickles Atlas、PHOENIX 模型）
- 实现 FFT 加速的交叉相关函数计算
- 从互相关峰值位置提取 RV + 不确定度估计
- 支持用户上传自定义模板
- Agent 新增 `measure_radial_velocity` 工具

**价值**：双星、视向速度变星、银河系动力学研究的核心工具。

**预估工作量**：中等（算法成熟，但模板管理和多波段适配需要设计）。

### 2.4 光变周期搜索

**目标**：基于 Lomb-Scargle 周期图和 BLS（Box Least Squares）算法，自动搜索光变周期。

**需求**：

- 新增 `src/services/timeseries/periodicity.rs`
- 实现 Lomb-Scargle 周期图（非均匀采样友好）
- 实现 BLS 算法（凌星检测专用）
- 自动报告最优周期、FAP（误报概率）、次优周期
- 支持 ZTF、TESS、Gaia 历元测光数据
- Agent 新增 `find_period` 工具，输入光变曲线文件，输出周期 + 周期图
- 前端支持折叠光变曲线（Phase-folded light curve）展示

**价值**：ZTF/TESS 数据的刚需，变星和系外行星研究的核心分析。

**预估工作量**：中等（Lomb-Scargle 算法有 Rust 实现可参考，BLS 较复杂）。

### 2.5 光变分类与特征提取

**目标**：自动识别变星类型，提取振幅、形态参数等特征。

**需求**：

- 新增 `src/services/timeseries/classification.rs`
- 基于周期 + 振幅 + 偏度 + 峰度等统计特征的简单分类器
- 支持 RR Lyrae、Cepheid、食双星、脉动变星、AGN 等主要类型
- 可选：集成轻量 ML 模型（如 Random Forest，通过 ONNX Runtime）
- Agent 新增 `classify_variable_star` 工具

**价值**：时域巡天（ZTF/TESS）数据量巨大，自动化分类是必要环节。

**预估工作量**：高（分类器训练和特征工程需要较多工作）。

### 2.6 SED 拟合与建模

**目标**：多波段测光数据拟合黑体或模板光谱能量分布，求解天体物理参数。

**需求**：

- 新增 `src/services/analysis/sed.rs`
- 自动拉取目标所有可用波段测光（2MASS + WISE + PS1 + Gaia）
- 实现黑体辐射模型拟合（最小二乘/MCMC）
- 可选模板 SED 拟合（BaSeL/PHOENIX 模板库）
- 输出 T_eff、光度、消光 A_V 及其不确定度
- 前端 SED 图展示（观测点 + 拟合曲线 + 残差）
- Agent 新增 `fit_sed` 工具

**价值**：天体物理参数估计的基础方法，适用于恒星、AGN、超新星等多种天体。

**预估工作量**：中等偏高（黑体拟合简单，但模板拟合和 MCMC 需要较多工作）。

### 2.7 自行/视差运动学分析

**目标**：基于 Gaia DR3 高精度自行 + 视差，计算银河系三维空间速度（UVW），识别移动星群。

**需求**：

- 新增 `src/services/analysis/kinematics.rs`
- 实现坐标变换：(RA, Dec, parallax, pmRA, pmDec, RV) → (X, Y, Z, U, V, W)
- 实现移动星群成员概率计算（基于 Banyan Σ 算法简化版）
- 支持批量样本处理
- Agent 新增 `analyze_kinematics` 工具

**价值**：银河考古学（Galactic Archaeology）的核心分析方法。

**预估工作量**：中等（坐标变换公式成熟，Banyan Σ 需要简化实现）。

### 2.8 化学丰度模式分析

**目标**：多元素丰度比（[α/Fe] vs [Fe/H]）自动提取与可视化，区分厚盘/薄盘/晕星。

**需求**：

- 扩展光谱参数提取（2.1），从 APOGEE ASPCAP 数据读取完整化学丰度
- 新增 `src/services/analysis/chemistry.rs`
- 实现 [α/Fe] 计算（α 元素：O, Mg, Si, S, Ca, Ti 的加权平均）
- 自动绘制 [α/Fe] vs [Fe/H] 图，并按运动学成分着色
- Agent 新增 `analyze_abundance_pattern` 工具

**价值**：银河考古学的核心工具，用于区分银河系不同星族。

**预估工作量**：中等（数据提取为主，分析逻辑相对直接）。

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## 三、可视化与输出层

### 3.1 光谱交互式标注

**目标**：前端光谱图支持点击标注谱线名称，自动显示等值宽度。

**需求**：

- 扩展 `SpectrumPlot.tsx`，新增谱线标注叠加层
- 内置常见谱线波长表（Balmer 系列、H&K、NaD、Mg b、Fe 等）
- 支持用户点击光谱图任意位置添加自定义标注
- 标注信息（谱线名、波长、EW）以 tooltip 形式展示
- 后端 `preview.rs` 返回时可选附带谱线标注数据

**价值**：显著提升光谱阅读和教学体验。

**预估工作量**：中等（前端组件开发为主）。

### 3.2 赫罗图（HR Diagram）

**目标**：基于 Gaia 数据构建颜色-星等图（CMD），支持叠加自定义样本。

**需求**：

- 新增 `src/api/hertzsprung_russell.rs` 或扩展现有 Gaia 查询
- 自动查询给定天区/样本的 Gaia G-mag、BP-RP color、parallax
- 计算绝对星等 M_G = G + 5 + 5*log10(parallax/1000)
- 返回数据供前端渲染 HR 图
- 前端新增 HR Diagram 组件（scatter plot，支持密度着色）
- 支持叠加用户自定义样本（不同颜色/标记）

**价值**：恒星物理的基础可视化，几乎所有恒星相关论文都包含 HR 图。

**预估工作量**：中等（数据查询简单，前端绘图需要新组件）。

### 3.3 发现图（Finding Chart）

**目标**：生成目标天区的 DSS/Pan-STARRS 图像 cutout + 标注目标位置。

**需求**：

- 调用 STScI DSS cutout API 或 Pan-STARRS cutout API
- 返回 cutout 图像 + 目标中心标注
- 支持自定义 cutout 大小（arcmin）和缩放
- Agent 工具 `find_observation` 可选返回 finding chart
- 前端在观测数据页面展示 finding chart

**价值**：观测准备的必备环节，望远镜观测提案中需要附带 finding chart。

**预估工作量**：小（API 简单，主要是前端展示）。

### 3.4 多波段 SED 图

**目标**：自动拉取所有可用波段测光数据，绘制 SED 图并拟合模型。

**需求**：

- 扩展 2.6 节 SED 拟合功能，新增前端 SED 图组件
- 自动标记各波段（2MASS J/H/K、WISE W1-W4、Gaia G/BP/RP 等）
- 支持对数坐标轴
- 拟合曲线叠加显示，残差面板

**价值**：参数化分析的标准可视化。

**预估工作量**：中等（依赖 2.6 节后端实现）。

### 3.5 SkyMap 天球投影

**目标**：在全天球图上可视化样本分布，支持按参数着色。

**需求**：

- 新增 `SkyMapPanel` 前端组件
- 使用 Mollweide 或 Aitoff 投影
- 支持按天体类型、金属丰度、自行等参数着色
- 叠加银河平面、银道坐标网格
- 支持交互式缩放和选区

**价值**：巡天论文的标准可视化，用于展示样本的天球分布。

**预估工作量**：中等（前端投影计算 + WebGL 渲染）。

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## 四、工作流增强

### 4.1 批量样本处理

**目标**：给定一组天体名称/坐标，批量执行"查询 → 下载 → 分析 → 出图 → 保存报告"。

**需求**：

- 新增 `src/agent/tools/astro/research/batch_process.rs`，实现 `BatchProcessTool`
- 支持输入格式：天体名称列表、坐标列表、VizieR 查询结果
- 批量流程：query_target → find_observation → 参数提取 → 出图
- 并发控制（避免触发数据源速率限制）
- 进度报告（SSE 事件推送）
- 输出汇总报告（Markdown 表格 + 图表）

**价值**：巡天论文的标准工作流，手动逐个处理效率极低。

**预估工作量**：中等偏高（并发控制和错误处理需要仔细设计）。

### 4.2 定时文献监控

**目标**：Cron 定时检查 ADS/arXiv 新文献，匹配用户关注的关键词/作者/天体。

**需求**：

- 新增 `src/agent/tools/astro/research/literature_monitor.rs`
- 用户定义监控规则（关键词、作者、天体名称、arXiv 分类）
- 使用现有 `loop` 技能定时触发
- 新文献匹配时通过 SSE 推送通知
- 支持自动下载摘要 + 生成简报

**价值**：帮助研究者跟踪前沿，不遗漏重要文献。

**预估工作量**：中等（定时任务框架已有，主要是规则匹配和通知）。

### 4.3 观测提案辅助

**目标**：根据目标天区自动计算可见性、月相限制、曝光时间估算。

**需求**：

- 新增 `src/services/analysis/observability.rs`
- 计算目标在给定台站的升起/落下时间和最佳观测窗口
- 月相和银河背景亮度估算
- 基于目标亮度和望远镜参数的曝光时间估算
- Agent 新增 `plan_observation` 工具
- 输出观测提案所需的标准化信息

**价值**：望远镜申请的时间评估和观测规划必备。

**预估工作量**：中等（天文计算公式成熟，但台站参数和大气消光模型需要数据）。

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## 五、实施优先级建议

| 优先级 | 功能                        | 理由                                   | 状态 |
| ------ | --------------------------- | -------------------------------------- | ---- |
| P0     | 光谱参数自动提取（2.1）     | 已下载数据的直接利用，所有恒星论文都用 | ✅ 已实现 |
| P0     | 光变周期搜索（2.4）         | ZTF/TESS 数据的刚需，时域天文学核心    | ✅ 已实现 |
| P1     | 光谱线识别与 EW 测量（2.2） | 光谱分析的日常操作                     | ✅ 已实现 |
| P1     | 交叉相关测速（2.3）         | 双星/视向速度研究核心工具              | ✅ 已实现 |
| P1     | 绘图 skill 填充（现有占位） | 提升 Agent 绘图能力的基础              | ✅ 已实现 |
| P2     | SED 拟合（2.6）             | 多波段分析的标准方法                   | ✅ 已实现 |
| P2     | 赫罗图（3.2）               | 恒星物理基础可视化                     | ✅ 已实现 |
| P2     | 批量样本处理（4.1）         | 巡天论文工作流提效                     | ✅ 已实现 |
| P3     | JWST 数据获取（1.1）        | 前沿望远镜，但使用门槛较高             | ✅ 已实现 |
| P3     | 光变分类（2.5）             | 时域数据分析，但分类器训练复杂         | ✅ 已实现 |
| P3     | SkyMap 天球投影（3.5）      | 巡天论文可视化，但优先级不如核心分析   | ✅ 已实现 |

---

## 六、已实现功能详情

### 已完成的数据分析层

| 功能 | Agent 工具 | 后端模块 | 状态 |
|------|-----------|----------|------|
| 光谱参数提取 | `get_spectrum_parameters` | `services/spectrum/parameters.rs` | ✅ |
| 谱线识别与EW测量 | `measure_spectral_lines` | `services/spectrum/lines.rs` | ✅ |
| 交叉相关测速 | `measure_radial_velocity` | `services/spectrum/cross_correlate.rs` | ✅ |
| 周期搜索 | `find_period` | `services/timeseries/periodicity.rs` | ✅ |
| 变星分类 | `classify_variable_star` | `services/timeseries/classification.rs` | ✅ |
| SED拟合 | `fit_sed` | `services/analysis/sed.rs` | ✅ |
| 运动学分析 | `analyze_kinematics` | `services/analysis/kinematics.rs` | ✅ |
| 化学丰度分析 | `analyze_abundance_pattern` | `services/analysis/chemistry.rs` | ✅ |
| 观测提案辅助 | `plan_observation` | `services/analysis/observability.rs` | ✅ |
| 批量样本处理 | `batch_process` | `agent/tools/astro/research/batch_process.rs` | ✅ |
| 文献监控 | `literature_monitor` | `agent/tools/astro/research/literature_monitor.rs` | ✅ |

### 已完成的数据获取层

| 功能 | 模块 | 说明 | 状态 |
|------|------|------|------|
| JWST 数据获取 | `clients/mast/jwst.rs` + `services/observation/jwst.rs` | MAST JWST API + SpectrumFetcher | ✅ |
| X射线数据 | `clients/heasarc/` + `services/observation/xray.rs` | HEASARC TAP + XMM/Chandra fetcher | ✅ |
| 光谱图像Cutout | `services/observation/cutout.rs` | SDSS/DSS/Pan-STARRS cutout API + CutoutFetcher | ✅ |
| 赫罗图 | `api/hr_diagram.rs` | Gaia CMD 查询 API | ✅ |
| 绘图skill | `skills/plotting/SKILL.md` | Python matplotlib 科研绘图模板（8种图表） | ✅ |

### 已完成的工作流增强

| 功能 | 模块 | 说明 | 状态 |
|------|------|------|------|
| 批量样本处理 | `agent/tools/astro/research/batch_process.rs` | 查询→下载→分析→报告 | ✅ |
| 文献监控 | `agent/tools/astro/research/literature_monitor.rs` | ADS/arXiv 最新文献匹配 | ✅ |