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收敛恒星光谱的物理正确性保证调研

调研日期：2026-08-04 范围：TLUSTY 208 + SYNSPEC 54 计算的恒星大气与光谱的物理正确性保证方法。 前置文档：docs/tlusty&synspec收敛性判断.md（程序"是否崩溃/收敛"的判定，是本调研的下层；该文档 §4 记录了漏洞 1-5 的修复历程）。 核心命题：程序正常退出（rc=0）且 max_relc < chmax ≠ 光谱在物理上正确。本文调研介于两者之间的静默错误来源与验证方法。 方法：源码级静态分析 + 天体物理方法学综述 + 三方独立复核。

修订说明（2026-08-07）：本调研初版（2026-08-04）基于修复前的代码状态撰写。经核查，漏洞 1（.spec 内容校验）、漏洞 2（fort.9 缺失分支虚构 best_max_relc）、漏洞 4（NaN 阈值）已在后续提交中修复。fort.55 字段错位（§5）也已修复——SynspecInput 重构为 9 个按行子结构体，与 SYNSPEC READ(55,*) 语句一一对应，IDSTD 从 50 修正为 0（自动 2ND/3）。本次修订同步了这些已修复项的现状，仅保留仍真实存在的缺口（.6 能量守恒解析、诊断产物未解析）。

修订说明（2026-08-08）：经源码级二次核查，同步近期重构导致的引用漂移与数据更新：① 行号校正——runner.rs:613→:598、runner.rs:660→:645、nst_writer.rs:16（ND 默认已迁至 config.rs:712 default_nd()）、synspec54.f:1157→:1230（IBFAC 经 READ(84,*) 读出）、hhe35nl.6:340→:341；② 结构体名 StageSummary 更正为 StepSummary（models.rs:590）；③ ND/ions 表述更正——二者已非硬编码，分别在 config.rs:712/833 作为可配默认值（经 YAML 覆盖，见 workflows/sdB_cno.yaml:63-90）；④ §5.2 DOPSTD 公式补全为 DSTD=SQRT(1.4E7*TSTD+VTS) + DOPSTD=1.E7/ALAM0*DSTD；⑤ §1.3 fort.13 改述为"默认结构性排除"；⑥ 数据统计刷新——网格点 284→361，.iden 格式分类 44/221→92 逐线表/243 频率网格/26 其他；⑦ EQW 断言更正——逐线表 EQW 并非全为 0，约 43/92（≈47%）含非零值（强线可达上千 mA），但作为系统化 EW 来源仍不可靠，结论（改走 .spec 数值积分）不变。

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0. TL;DR

当前 pipeline 对光谱正确性的保证基本停留在"数值收敛"层面，完全没有做物理不变量校验。三方调研发现：

1. 最高 ROI 缺口：TLUSTY 已经无条件地把能量守恒诊断（TOTAL SURFACE FLUX、逐深度 RAD/TOT、CON/TOT、(RAD+CON)/TOT）写进已归档的 .6 文件，却从未被任何 Rust 代码解析。这是 Hubeny 官方推荐的 1% 判据，零成本可得，是物理正确性的第一道硬门槛。
2. 系统性的配方风险（已修复，见 §5）：fort55_writer.rs 写的字段 idrv/ifreq 与 SYNSPEC 实际读取的 IDSTD/IPRIN 错位。已重构为 9 个按行子结构体与 SYNSPEC READ(55,*) 语句一一对应，IDSTD 修正为 0（自动 2ND/3），并补全了原漏生成的分子表行（避免 VTB 行被吞导致 vturb 错误覆盖）。
3. 网格级错误传播：通过 converged && !nan 门控上传的种子大气（.7），会把"伪收敛但物理未平衡"的点扩散给整个物理族——这是网格计算特有的静默放大机制，现有检查无法识别。
4. 完整的方法学分层（§6）：硬门槛（线上每点）→ 质量监控（抽样）→ 深度核查（线下基准比对），覆盖辐射平衡、光谱自洽、网格一致性、外部基准四个维度。外部基准的特殊性（§3.4）：本网格是 CNO 全 NLTE 独立扫描，社区经典网格均不含 CNO NLTE，故外部基准对 CNO 维度失效——需用网格内部 CNO 物理自洽验证（路线 A）+ 同代码栈 Pacheco 2021（路线 C）替代。

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1. 当前已产出但未利用的物理诊断

这是后续做正确性校验的基础——很多信息 TLUSTY/SYNSPEC 已经产出，只是我们没解析。

1.1 能量守恒诊断（最关键，零成本可得）

TLUSTY 在 LFIN（最终迭代）时由 OUTPRI 子程序无条件写出，位于 .6 文件（unit 6，已归档）：

TOTAL SURFACE FLUX 6.77712339D+12        ← 实际积分通量 TOTF
ID  MASS  TAUROSS  TEMP  NE  DENS  P_gas  LOG(G_rad)  RAD/TOT  CON/TOT  (RAD+CON)/TOT
 1  ...                                         1.001E+00  0.000E+00  1.00106E+00

• FLTT = SIG4P * TEFF**4（预期通量 = σTeff⁴/4π，SIG4P 见 BASICS.FOR:51）
• RAD/TOT = 辐射通量 / σTeff⁴
• (RAD+CON)/TOT = 总通量（辐射+对流）/ σTeff⁴ —— 此列应≈1.0
• 实测样本（收敛良好的 sdB 模型，28 次迭代，hhe35nl.6:341）：(RAD+CON)/TOT = 1.00106E+00（逐深度恒定，能量守恒误差 0.1%）。未收敛/发散模型的此列会显著偏离 1（典型表现是表层偏离或逐深度不单调），是物理正确性的第一道硬门槛。

关键事实：.6 已在归档白名单（STAGE_SNAPSHOT_SUFFIXES 含 "6"），但 crates/ 下无任何代码解析它。数据已就位，只差一个 .6 解析器写入 conv.json。

1.2 辐射平衡逐深度残差（被覆盖丢失）

TLUSTY RECHCK 子程序（tlusty208.f:49854）在 LFIN 时无条件调用，逐深度计算 re=(吸收−发射)/发射 写入 unit 17（fort.17）。但 unit 17 随后被 SYNSPEC OUTPRI 覆盖写连续谱（synspec54.f:3371）——成功路径下 RECHCK 输出永久丢失，仅 SYNSPEC 失败时 .cont 里残留的才是 RECHCK 表（这也是 .cont 后缀二义性的来源）。

修复方向：仿照 .bfac/.emflux 的快照做法，在 RECHCK 后/SYNSPEC 前快照 fort.17。

1.3 其他未启用 / 未解析的诊断

诊断	子程序	unit→文件	启用条件	现状
能量守恒总表	OUTPRI	6→.6	无条件	已产出，未解析（最高 ROI）
辐射平衡逐深度	RECHCK	17→.cont	无条件	被 SYNSPEC 覆盖丢失
统计平衡残差	CHCKSE	16→fort.16	ICHCKP≠0（nst 未设）	未启用
冷却/加热率	COOLRT	86/87/88	ICOOLP≠0（nst 未设）	未启用
出射辐射场谱	OUTPRI	13→fort.13	无条件	默认结构性排除（非 BARE_KEEPS、不带 <name>. 前缀，result_filter.rs:67-72；与 fort.1/2/3 等中间单元同等处理，非专门列入排除名单）
TLUSTY 出射谱	OUTPRI	14→.emflux	无条件	已快照归档，未解析（可做 bolometric 积分）
b 因子（NLTE 偏离）	OUTPRI	12→.bfac	无条件	已快照归档，未解析
SYNSPEC 谱线统计	START/OUTPRI	6→.log	无条件	已归档，未解析（含 LINES-TOTAL、波长范围、等效宽度）

1.4 conv.json 的现状

ModelSummary / StepSummary / ConvCheckResult（models.rs:616/590/564）记录的字段全部是数值收敛指标（max_relc, last_iter, worst_depth, synspec_rc 等），没有任何物理正确性字段（能量守恒、辐射平衡、统计平衡残差）。

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2. 静默错误的物理来源

"程序正常退出但光谱物理错误"的四层来源，按严重度排序。每层给出源码证据与可检测性。

2.1 第一层：TLUSTY 大气结构错误（光谱错误的根因）

错误来源	物理后果	源码证据	当前是否捕获	严重度
NITER 截断被当收敛	大气未达统计平衡，布居数错误	tlusty208.f:14728 LFIN=ABS(CHMX).LE.CHMAX.OR.ITER.GE.NITER，OR 短路：CHMX 再大也会因 ITER≥NITER 判 LFIN	部分（conv_check.rs 重判 max_relc<chmax，但若截断时"刚好"<chmax 则通过）	极高
ACCEL2/Ng 加速伪收敛	加速外推后下次 CHMX 人为变小，提前判收敛但平衡未达成	tlusty208.f:29693-29797，无加速后发散回退检查	未捕获（max_relc 变小与真收敛难区分）	高
模型截断但物理不充分	关键 H/He 跃迁被省略，NLTE 种群错误但程序正常	默认原子模型 default_ions()（config.rs:833，可经 YAML tlusty_input.dot5.ions 覆盖，workflows/sdB_cno.yaml:63-90 即显式列出完整 22 行表）H=9lev、HeI=14、HeII=14；远低于 MLEVEL=1134 上限	未捕获（需物理判断）	高
ND=50 深度网格偏稀	大气结构分辨率不足，谱合成输入质量差	default_nd()（config.rs:712，经 TlustyInput.nst.depth.nd 可配）ND=50 默认；BASICS.FOR:9 MDEPTH=100	未捕获（需对比 ND=99）	中-高

2.2 第二层：SYNSPEC 谱合成错误

错误来源	物理后果	源码证据	当前是否捕获	严重度
★fort.55 字段错位（已修复，见 §5）	标准深度取最深层（IDSTD=50=ND）、输出详尽度偏离；IOPHLI 无论写何值都被 SYNSPEC 无条件置 0（见 §5.2）	旧 fort55_writer.rs:5 写 imode,idrv,ifreq 与 SYNSPEC synspec54.f:253 读 IMODE,IDSTD,IPRIN 错位。已重构为 9 子结构体按行一一对应（config.rs Fort55Line1-6 + Fort55LineMol/Vtb/Ang）	已修复（IDSTD 现 0=自动 2ND/3）	高（系统性） → 已消解
NLTE 静默降级为 LTE	匹配不上的 NLTE 线被 set to LTE，线强度错误但程序继续	synspec54.f:9114-9176，仅写 fort.11 计数	未捕获（DCTS 不解析 fort.11）	高
IBFAC=0 默认全程按 LTE 读种群	fort.8 不含/不全含 NLTE 种群时种群保持 LTE 不替换	synspec54.f:1230 READ(84,*) 读出 IBFAC，默认 0；:11220 NUMP>IP 才替换	未捕获	高
波长网格步长固定且窗口窄	窄线被漏掉，谱"正常但缺线"	SPACE=0.01（config.rs:1519 default_space()）；默认窗口仅 1400-1410Å（config.rs:1508,1511 default_alam0/alast），sdB_cno 工作流显式配 3000-7000Å	未捕获	中-高
线表缺失（只链 fort.19）	缺关键谱线，有计数但无"应有线却缺失"校验	runner.rs:598 symlink 单一 runtime.linelist；synspec54.f:9157 NLIN0 计数	未捕获	高

2.3 第三层：数据传递与种子继承（网格级错误放大）

错误来源	物理后果	源码证据	当前是否捕获	严重度
★种子继承的错误传播	伪收敛点的 .7 通过 converged && !nan 门控上传为种子，被相邻 SeedStep 点热启动，错误沿网格拓扑传播；directed_cno_distance 倾向选贫方向，一个坏种子可污染整个 Teff/logg 族	reporter.rs:122 种子门控 converged && !atmo_has_nan；executor.rs:221 读取种子 bytes；seed_finder.rs:26-40 有向最近邻选种（RICH_PENALTY=4.0 > POOR_PENALTY=1.0，倾向贫方向）	未捕获（坏种子本身"通过"了所有检查）	极高

2.4 第四层：编译/数值精度

错误来源	物理后果	源码证据	当前是否捕获	严重度
生产编译无 -fcheck/-ffpe-trap	数组越界、IEEE 异常 → rc=0 + 静默写越界内存，产出无 NaN 标记但物理错误的大气	deployment.md:86,90 gfortran -fno-automatic -O3	未捕获（详见 tlusty&synspec收敛性判断.md §4 漏洞 3）	高

详见 tlusty&synspec收敛性判断.md 的 gfortran 运行时错误退出码实测表。

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3. 天体物理验证方法学

每个方法标注：验证的物理不变量、操作步骤、容差判据、所需数据、实现难度、线上/线下。

3.1 大气模型层面（TLUSTY 产出）

方法	验证的物理不变量	容差/判据	所需数据	难度	时机
通量守恒	每深度 πF(rad+conv)=σTeff⁴	(RAD+CON)/TOT 偏离 1 ≤1%（Hubeny 官方判据）；任一深度 >5% 直接判坏	.6 末表	低	线上
max_relc 收敛门槛	状态向量相对修正已可忽略	< chmax（默认 10⁻³，对 sdB/早型星合理；精密线分析可收紧到 10⁻⁴）	*_chmax*.9	低（已实现）	线上
假收敛排查	max_relc 单调下降 ≥3 个量级	初始/最终 max_relc ≥10³	fort.9 全序列	中	抽样
NaN/Inf 否决（收紧）	所有深度点温度/密度为有限物理值	任意 1 行命中即否决（已实现 0 行容忍，conv_check.rs:264-265）	.7	低	线上
温度结构边界	T(τ) 落在物理合理范围	表层 T ≲ 2-3×Teff；idstd 处 T≈(2/3)Teff；总体 10¹-10⁸ K	.7	中	抽样
统计平衡残差（NLTE）	跃迁平衡 R_ij·n_i=R_ji·n_j、粒子数守恒	b 因子无 NaN/Inf；关键能级 b∈10⁻³-10³	.bfac	中	抽样

对 TLUSTY 的已知坑：(a) fort.9 缺失分支虚构 best_max_relc=0.0（已修复：现按 niter==0/niter>0 区分——grey start 保留 converged=true 但 best_max_relc=None；异常返回 INFINITY，runner.rs:448-477、conv_check.rs:88-98）；(b) Kantorovich 加速的伪收敛风险；(c) 表层（worst_depth=1）最易出 NaN。

3.2 光谱合成层面（SYNSPEC 产出）

方法	验证的物理不变量	容差/判据	所需数据	难度	时机
NaN/负值/零行否决（最关键）	归一化谱∈[0,1]，绝对流量≥0，无 NaN/Inf	0 容忍（任意一个即判坏）	.spec、.cont	低	线上
Rayleigh-Jeans 尾 Planck 检验	长波端连续谱 → Bλ(Teff)	斜率与 Bλ(Teff) 一致；偏离 >20% 异常	.cont + Teff	中	抽样
总积分流量能量守恒	∫Fλ dλ ≈ σTeff⁴（bolometric）	偏离 <1-2%	.emflux（全频率范围）	中	抽样
连续谱自洽（TLUSTY vs SYNSPEC）	同波长点 .emflux 与 .cont 水平一致	连续谱区差异 <1-2%	.emflux + .cont	低	抽样
Balmer 线基准	Hα/Hβ EW 随 Teff/logg 已知行为	线心深度∈(0,1)；sdB 的 Hβ EW 约 5-15Å；高 Teff(>30kK) 不应异常强	光学 .spec	中	抽样
He 线电离序列	He II/He I 强度比随 Teff 单调	比值突变 = NLTE 电离平衡错	光学 .spec	中	抽样

归一化谱 vs 绝对流量谱：归一化谱只验线形/线强，不能验能量守恒；绝对流量谱（.emflux、.cont）才能验通量守恒与 Planck。两者必须分别处理。

3.3 网格层面（内部一致性）

方法	验证的物理不变量	容差/判据	所需数据	难度	时机
相邻点平滑性（一阶差分）	光谱随参数连续变化	连续谱单步 Δ<10-15%；线 EW<30%	全网格 .cont/EW	中	线下
二阶差分 / 离群点检测	光谱无孤立异常	r>4σ 或 |残差|>20% 标 outlier	全网格光谱	中	线下
沿等参数线单调性	Balmer/He 线随 Teff/logg 已知单调趋势	出现锯齿/反转 = 可疑	全网格光谱序列	低	线下
收敛质量地图	max_relc 在网格上无孤立坏区	孤立高 max_relc 点（邻居都收敛）= 可疑	全网格 conv.json	低	线下

已知坑：网格在 80kK+He-poor+富金属区有真实物理极限（CNO 高价离子主导不透明度，线性化无法阻尼）——这片成片失败是物理真实的，不应误判为 bug；但孤立单点失败（邻居都好）才需要复查。

3.4 外部基准比对（ground truth）

核心矛盾与适用性说明（本网格特有）：本网格是 6 维 sdB + H/He/CNO 全 NLTE 独立扫描（Teff 20-60kK、logg 5.0-6.5、logHe −4..2、logC/logN/logO 各 −4..−1，见 workflows/sdB_cno.yaml）。社区经典网格 OSTAR2002/BSTAR2006/NLTE-OBGRID 均不含 CNO 的 NLTE 同时建模（CNO 按 LTE 或仅 H/He NLTE），PHOENIX/ATLAS9 更无。因此逐点外部比对 CNO 维度几乎不可能——任何外部基准最多只能验证 H/He 部分。正确破局：用代码同源性验证实现正确性，用网格内部物理规律验证 CNO NLTE 物理正确性。

路线 A（最高 ROI）：网格内部 CNO 物理自洽验证

这是本网格独有的、外部基准反而做不到的验证。CNO NLTE 有强可检验预测：线强对丰度的单调响应 + CNO 互不耦合。已有 361 个网格点数据（data/result/ 实测，持续增长），零额外计算成本。

校验	物理不变量	判据	所需数据	难度
C 线 EW 随 logC 单调	固定 Teff/logg/logHe，C II/C III 线强随 C 丰度单调递增	同族 4 个 logC 点 EW 单调，无反转/平台	同族 .spec + 线表	中
CNO 线互不耦合	固定 C/N，扫 O 时 C/N 线 EW 几乎不变（NLTE 交叉耦合弱）	C 线 EW 跨 logO 变化 <5%	同族 .spec + 线表	中
电离序列协同	N III 4634-4641 与 He II 4686 协同增减（共依赖 ne/T）	两线强度比在网格上平滑无突变	.spec 序列	中

EW 数据来源的现实约束：理想情况下从 .iden（SYNSPEC fort.12 逐线表）直接读 EQW 字段（synspec54.f:9719 WRITE(12,603) ...EQW...）。但经核查，当前归档的 361 个 .iden 存在两个问题：(1) EQW 字段（第 7 列）大面积缺失——SYNSPEC 仅在线心强度权重 WW1 非零时才填 EQW（:9705），当前配置下多数逐线表行的 EQW 仍为 0.0，仅约 43/92（≈47%）的逐线表含非零 EQW（强线如 He II 3203Å 的 EQW 可达上千 mA），作为系统化 EW 来源并不可靠；(2) 格式不统一——仅 92 个是逐线表格式，243 个是频率网格格式，另有 26 个其他形态（data/result/ 实测）。因此 EW 实测需改走对 .spec 归一化谱按线窗口数值积分（∫(1−F)dλ），不能依赖 .iden。线波长定位参考线表（fort.19）。此为路线 A 脚本的实现前提。

路线 B：TLUSTY 官方 hhe 样本的退化比对（端到端回归）

仓库已有 hotsd/tlusty (副本)/hhe35nl.6 等 TLUSTY 官方 H/He NLTE 标准样本（Teff=35000K，不含 CNO）。这是同源码、同原子数据的最干净回归测试。

• 操作：用本 pipeline 跑一个 logC=logN=logO=−10（等效无 CNO）的点，配置与 hhe35nl 对齐。
• 判据：.7 大气结构（T(τ)、逐深度温度/密度/电子密度）与官方样本逐深度一致到 <0.1%——CNO 丰度趋零时物理上退化为纯 H/He，任何偏离都指向 pipeline 的输入封装/参数传递 bug。
• 覆盖：直接验证 §2.1（深度网格、模型截断）、§2.2（fort.55 字段错位的副作用）是否影响大气结构。投入低（跑 1 个点）。

路线 C：同代码栈社区网格——Pacheco & Díaz 2021

唯一能做近似逐点比对的社区基准，因为与本网格用完全相同的代码栈：

维度	本网格	Pacheco 2021（ApJS 256, 41）	可比性
代码	TLUSTY v208 + SYNSPEC 54	TLUSTY v205/v208 + SYNSPEC 54	✅ 同版本，差异最小
Teff	20k/30k/40k/50k/60k	20k/25k/30k/35k/45k/65k	✅ 重叠 20k/30k（余插值）
logg	5.0/5.5/6.0/6.5	4.5/5.5/6.5	✅ 重叠 5.5/6.5
logHe	−4..2	He-poor/He-rich 两支（约 −3..+2）	⚠️ 仅两端可比
CNO	logC/N/O 各 −4..−1 独立扫描	整体 solar 或 [Fe/H]−1.5 两组固定比例	❌ 无法逐点比对 CNO 维度
波长	3000-7000Å	1000-10000Å @ 0.01Å	✅ 本网格是其子集
数据	—	公开：SpecModels / SVO / Vizier	✅ 可下载

比对策略（绕开 CNO 丰度差异）：

1. 连续谱形状（3200-3700Å、4400-4800Å 无强 CNO 线窗口）：取本网格 CNO 最接近太阳（logC≈−3.6/N≈−4.2/O≈−3.3）的点，在相同 Teff/logg/logHe 下比对连续谱，容差 1-2%。
2. CNO 线波长定位：线强因丰度不同而异，但 C II 4267、C III 4640-4650、N III 4630-4640 的线心波长必须一致（同套原子数据），漂移 = 线表加载错。
3. 非重叠点插值：Teff=40k/50k 用其 35k/45k/65k 插值曲线，本网格点应落 ±5% 内。

数据获取：http://specmodels.iag.usp.br/ 或 http://svo2.cab.inta-csic.es/theory//newov2/。

路线 D：实测光谱 ground truth——SDSS / LAMOST sdB 库

终极基准是真实恒星。大量 sdB 有实测光谱 + 已测定参数：

• SDSS hotSubDwarf catalog（Kepler et al. 2015-2019，~10⁴ 颗）：每颗有 Teff/logg/logHe 及部分 C/N 丰度。
• 选 5-10 颗参数落入本网格的 sdB，取最近邻网格点，卷积仪器轮廓（SDSS R≈2000）后比对。
• 容差：线轮廓吻合、Balmer/He EW 10-15%（含噪声与投影自转）。

经典社区网格的适用范围（仅 H/He 部分）

下列网格不含 CNO NLTE，只能用于验证 H/He 连续谱与 Balmer/He 线，不能验证 CNO 维度：

基准	CNO 处理	可验证	数据来源
OSTAR2002 / BSTAR2006（Lanz & Hubeny 2003/2007）	LTE	H/He 连续谱、线轮廓	tlusty.oca.eu
NLTE-OBGRID	LTE	H/He 连续谱（更完整 H 原子）	MAST archive.stsci.edu/hlsp/nlte-obgrid
PHOENIX / ATLAS9	LTE（独立代码）	独立代码交叉（光学几个百分点；UV 可达 10-20%）	STScI
CALSPEC 标准星（Bohlin+2020）	—	TLUSTY WD 网格 1500Å-30μm 1% 一致（仅适用 WD，非 sdB）	MAST（GD153/GD71）

优先级与实测系统误差

务实排序（针对"无 CNO 外部基准"现实）：

1. P0 路线 A（网格内部 CNO 单调性/解耦）——数据现成，CNO 独有验证，投入最低。
2. P0 路线 B（hhe 退化比对）——同源码回归测试，最干净。
3. P1 路线 C（Pacheco 2021）——唯一同版本同物理基准，连续谱/线位。
4. P2 路线 D（SDSS 实测）——终极 ground truth，投入最高。

实测比对（路线 D）必须考虑的系统误差：消光（RV=3.1）、视向速度、instrumental broadening（需 ROTINS 卷积）、距离/标度因子。

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4. 物理红旗清单（一票否决）

以下任一出现即光谱不可信，必须标记复查：

红旗	物理含义	检测方法
连续谱出现负值或 NaN	辐射转移数值失败	.spec/.cont 任意点 <0 或 NaN
归一化谱线心深度 >1（流量 <0）	线吸收过度/数值错	归一化谱任意点 <0 或 >1.05
.spec 全零或行数异常少	SYNSPEC 中途 quit 留脏数据	行数 <预期×0.9 或全零
总积分流量偏离 σTeff⁴ >2%	能量不守恒	积分 .emflux
通量守恒表末列偏离 1 >1%（任一深度）	辐射平衡未达	读 .6 末表
表层温度 >>Teff（如 >3×Teff）	T(τ) 结构非物理	读 .7 表层 T
热星（Teff>30kK）Balmer 线异常强	NLTE 电离算错	测 Hα/Hβ EW 比对基准
连续谱斜率与 Teff 不符	温度结构错	RJ 尾比对 Bλ(Teff)
沿 Teff 序列 Balmer/He 线非单调	局部点 NLTE 错	网格级单调性检查
孤立单点与四邻插值偏离 >20%	该点异常	离群点检测

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5. fort.55 字段错位问题（已修复）

状态：已修复（2026-08-07）。本节保留问题描述作为历史记录，处置见 §5.3。 影响所有光谱的系统性 bug：Rust 端 SynspecInput 的字段命名与 SYNSPEC READ(55,*) 语句的变量名脱节，且大量字段硬编码不可配。修复方式是重构为 9 个按行分组的子结构体，字段名与 SYNSPEC 源码一一对应。

5.1 事实（修复前的错位）

旧 SynspecInput 是扁平 7 字段结构体，与 SYNSPEC fort.55 的 9 行 30+ 字段规范脱节：

• 第 1 行错位：fort55_writer.rs:5（旧）写 imode, idrv, ifreq；SYNSPEC synspec54.f:253 读 IMODE, IDSTD, IPRIN。即 idrv=50 被当作 IDSTD=50，ifreq=1 被当作 IPRIN=1。而真正的 IFREQ（频率网格开关）在第 4 行（synspec54.f:2146）。
• 第 6 行错位：旧字段 abs_cutoff=0.01 被写到 SPACE 位置（相邻频率点间距），而非任何"截止"参数。真正的截止参数 CUTOF0（行6第3列）被硬编码为 10、CUTOFS（连续谱间距，行6第4列）硬编码为 0，均不可配。
• 第 2-5 行全硬编码：INMOD/INTRPL/ICHANG/ICHEMC（行2）、IOPHLI/nun*（行3）、IFREQ/INLTE/ICONTL/INLIST/IFHE2（行4）、IHYDPR/IHE1PR/IHE2PR（行5）全部不可通过 YAML 配置。
• 行 7/8 完全缺失：VTB（湍流速度，行7）、NMU0/ANG0/IFLUX（角度/比强度，行8）不生成，靠 SYNSPEC 的 err=/end= 标号侥幸跳过——脆弱巧合。

5.2 影响（修复前的物理后果）

• IDSTD=50（=ND，最深层）：SYNSPEC 的标准深度（synspec54.f:2152-2155，仅在 IDSTD=0 时自动取 2*ND/3≈33）本应自动取 2*ND/3≈33，现被强制取最深层。该层的 T/ne 用于谱线多普勒宽度（DSTD=SQRT(1.4E7*TSTD+VTS)，synspec54.f:2265；再 DOPSTD=1.E7/ALAM0*DSTD，:8131/8728）、参考丰度（AVAB）、波长网格步长的归一化基准。实测 8 个不同 Teff/logg/He/CNO 的收敛点，sqrt(T50/T33) 稳定在 2.0-2.13，即 DOPSTD 系统性偏大 ~100-113%（VTS 与 1.E7/ALAM0 系数对 IDSTD 错层带来的相对放大不改变此量级结论）。AB0=EXP(...)/DOPSTD/AVAB（:8913）直接影响每条谱线的线强归一化，且 IF(AB0.LT.UN) GO TO 10（:8914）还改变哪些谱线被保留。
• IPRIN=1：SYNSPEC 的输出详尽度开关，仅影响 .log 里打印的诊断量多少，不影响光谱数值。
• IOPHLI 被 SYNSPEC 无条件置 0：SYNSPEC synspec54.f:255 读取 IOPHLI 后，:269 紧接 iophli=0（注释 disabling an old option）无条件覆盖。即无论 fort.55 写什么，Lyman 线翼准分子卫星线处理都被必然关闭。这是 SYNSPEC 源码的既定行为，非 fort.55 错位所致。

5.3 处置（已实施）

修复方式：重构 SynspecInput（config.rs）为 9 个按行分组的子结构体（Fort55Line1..Fort55Line6 + Fort55LineMol + Fort55LineVtb + Fort55LineAng），字段名严格使用 SYNSPEC 源码变量名，行内字段顺序与 READ(55,*) 语句完全一致。每字段带文档注释（物理含义 + synspec54.f 行号）。generate_fort55_content（fort55_writer.rs）改为按子结构体逐行序列化。SynspecInput::validate()（config.rs）在配置加载时校验不触发不支持的条件读取路径（DM 数组/显式角度/风模式/分子 iunitm）。

覆盖范围：fort.55 全部 9 行 30+ 字段均可通过 YAML synspec_input 块按行配置，支持后续不同工作流（sdB/sdO/WD 等）的差异化参数。单元测试覆盖行数、字段对齐、VTB 默认负值、默认值关键字段、全自定义五个维度。

行为变化：

项	修复前	修复后	影响
IDSTD	50（最深层，错位）	0（自动取 2ND/3≈33）	光谱线强归一化修正，所有光谱需重算
IPRIN	1（被 ifreq 错位占用）	1（语义正确，显式可配）	无行为变化
真正的 IFREQ	1（硬编码行4）	1（显式可配）	无行为变化
行7 分子表	漏生成（VTB 行被吞）	显式生成 nmlist=0	修正行序错位（原靠 EOF 兜底）
行8 VTB	漏生成（end=30 跳过→vturb 保持 2）	生成 -1.0（vtb<0 不覆盖→vturb 保持 2）	无行为变化（均保持大气 vturb=2）
行9 NMU0	漏生成（end=100 跳过）	生成 0（不算比强度）	无行为变化
其余字段	硬编码	可配，默认值与原硬编码一致	无行为变化

行7 分子表的关键性：SYNSPEC 在 IMODE∈[-3,1]（默认满足）时会额外读一行分子表（synspec54.f:2208）。gfortran list-directed READ 满足变量列表后消费整行剩余——若漏生成此行，VTB 行会被分子表 READ 吞掉，导致 vtb 读到 NMU0 行的首值，if(vtb.ge.0.) 触发 vturb 被覆盖为 0（审查 Critical-1）。显式生成 nmlist=0 行可保证行序对齐。VTB 默认 -1.0 是双重保险：即使行序错位，vtb<0 也不会触发覆盖。

重算指引：fort.55 只影响 SYNSPEC 阶段，TLUSTY 大气结构（.7）不受影响，种子库可继续用。重算只需把 synspec_stage.policy 临时改为 force_recompute 重跑 SYNSPEC 阶段，无需重算 TLUSTY。

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6. 分层验证策略建议

按"必须做 / 建议做 / 可选做"分层，标注每项的现状与所需投入。

第一层：硬门槛（线上，每个点必跑，0 容忍，失败即标记重算）

#	校验项	现状	所需投入	依据
1	SYNSPEC .spec/.cont 内容校验（NaN/Inf/负值/全零/行数）	已修复（漏洞 1）：spec_is_valid（conv_check.rs:287-335）在 runner.rs:645 调用，校验 NaN/Inf/溢出/行数不足/全零	—	tlusty&synspec收敛性判断.md §4 漏洞 1（P0）
2	大气 NaN 否决收紧到 0 行容忍	已修复（漏洞 4）：atmosphere_has_nan 现 0 行容忍（conv_check.rs:264-265），含 NaN/Inf/*** 溢出/E+300 超高指数四类	—	conv_check.rs:264
3	max_relc < chmax + is_finite + fort.9 真实存在	已修复（漏洞 2 进阶）：fort.9 缺失返回 INFINITY；niter==0（grey start）与 niter>0（异常）分流，best_max_relc=None 不再虚构 0.0	—	runner.rs:448-477、conv_check.rs:88-98
4	通量守恒 (RAD+CON)/TOT 偏离 1 ≤1%（从 .6 提取）	未做（数据已就位）	低（写一个 .6 解析器）	§1.1，Hubeny 官方判据

第二层：质量监控（线上抽样 + 线下定期）

#	校验项	现状	所需投入
5	总积分流量 vs σTeff⁴（.emflux，偏离 <2%）	未做，数据已归档	中（bolometric 积分）
6	Rayleigh-Jeans 尾 Planck 斜率检验	未做	中
7	TLUSTY .emflux 与 SYNSPEC .cont 连续谱自洽	未做	低
8	假收敛排查（max_relc 下降 ≥3 个量级）	未做	中
9	收敛质量热图（网格级 max_relc 分布）	未做	低（数据在 conv.json）
10	温度结构边界（表层 T、idstd 处 T）	未做	中

第三层：深度核查（线下，建库时 + 每次配方变更时）

外部基准的适用性见 §3.4：经典网格（OSTAR/BSTAR/NLTE-OBGRID）不含 CNO NLTE，仅能验证 H/He 部分；CNO 维度的外部比对首选 Pacheco 2021（同代码栈），其余靠网格内部物理规律（路线 A）。

#	校验项	所需投入	对应路线
11	网格内部 CNO 单调性/解耦（固定 Teff/logg/logHe 扫 logC/N/O）	中	§3.4 路线 A
12	hhe 官方样本退化比对（CNO=−10 退化到纯 H/He，与 hhe35nl 逐深度对比）	低	§3.4 路线 B
13	Pacheco 2021 连续谱/线位比对（同代码栈，重叠 Teff/logg/logHe 点）	中	§3.4 路线 C
14	与 OSTAR2002/BSTAR2006/NLTE-OBGRID 重叠点 H/He 部分比对（不含 CNO 验证）	中	§3.4 经典网格表
15	与 PHOENIX/ATLAS9 独立代码比对（H/He 连续谱交叉）	中-高	§3.4 经典网格表
16	与 SDSS/LAMOST 实测 sdB 比对（卷积仪器轮廓后）	高	§3.4 路线 D
17	Balmer/He 线序列单调性与基准	中	—
18	网格二阶差分离群点检测	中	—
19	统计平衡残差 / b 因子合理性（.bfac）	中	—

配方变更触发规则

任何以下变更必须重跑第三层深度核查：CHMAX/NITER/ND 改动、原子模型/线表（fort.19）更新、TLUSTY/SYNSPEC 重编译（尤其加 -fcheck/-ffpe-trap）、丰度网格范围调整、fort.55 字段修复（§5）。

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7. 综合判断

当前 pipeline 在"光谱物理正确性校验"上基本没做 —— 只做了数值收敛性（max_relc）和最低限度的完整性（.7 无 NaN、synspec 退出码），完全没有能量守恒、辐射平衡、统计平衡这三项核心物理不变量校验。

投入产出比排序：

1. P0：解析 .6 的能量守恒诊断（§1.1）—— 数据已就位，Hubeny 官方 1% 判据，是物理正确性的第一道硬门槛。第一层硬门槛 #1/#2/#3 已在近期提交修复（.spec 内容校验、NaN 0 行容忍、fort.9 缺失分流），此项 #4 是第一层唯一仍真实存在的缺口。
2. P1：fort.55 字段错位修复（已完成，见 §5）——SynspecInput 已重构为 9 子结构体与 SYNSPEC 一一对应，IDSTD 修正为 0。待办：重算受影响光谱（把 synspec_stage.policy 改 force_recompute 重跑 SYNSPEC 阶段，TLUSTY 大气不受影响）。
3. P1：网格级种子传播校验（§2.3）—— 这是网格计算特有的静默放大机制，可通过"同一物理族下游点的 max_relc/通量守恒分布异常"间接检测。
4. P2：质量监控层（§6 第二层）—— bolometric 积分、Planck 检验、连续谱自洽。
5. P2：深度核查层（§6 第三层，§3.4）—— 分两支：(a) 网格内部 CNO 单调性 + hhe 退化比对（路线 A/B，数据现成、CNO 独有，优先做）；(b) 外部基准——同代码栈的 Pacheco 2021（路线 C）是唯一能比 CNO 连续谱/线位的社区网格；经典网格（OSTAR/BSTAR/NLTE-OBGRID）不含 CNO NLTE，仅能验证 H/He 部分。

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8. 参考资料

官方文档

• Hubeny 2017, "A Brief Introductory Guide to TLUSTY and SYNSPEC"（arXiv:1706.01859）—— 通量守恒 1% 判据、假收敛、ND=50 B 星例、改丰度警告
• TLUSTY User's Guide III（arXiv:1706.01937）—— fort.9 收敛日志格式、unit 6 辐射平衡表
• TLUSTY User's Guide IV, Hubeny 2021（arXiv:2104.02829）—— CHMAX=10⁻⁴ 高精度例

社区基准网格（ground truth）

适用性：以下经典网格均不含 CNO NLTE 同时建模（CNO 按 LTE），只能验证 H/He 部分（§3.4）。本网格（sdB + CNO 全 NLTE）的外部基准首选 Pacheco 2021（同代码栈、含 CNO NLTE）。

• Pacheco & Díaz 2021（ApJS 256, 41, DOI:10.3847/1538-4365/ac2508）—— TLUSTY v208 + SYNSPEC 54（与本网格同版本），sdB/sdO NLTE 含 C/N/O NLTE 线覆盖；Teff 10-65kK、logg 4.5-6.5、He-poor/rich 两支；1000-10000Å @ 0.01Å；数据公开（SpecModels specmodels.iag.usp.br / SVO svo2.cab.inta-csic.es/theory//newov2 / Vizier）。CNO 丰度为整体 solar 或 [Fe/H]−1.5 两组固定比例，非独立扫描——不能逐点比对 CNO 维度，但可比对连续谱形状与线波长定位。
• Németh et al. 2014（ASPC 481, 95；arXiv:1308.0252）—— Pacheco 2021 的前身，TLUSTY/SYNSPEC NLTE sdB/sdO 网格（3200-7200Å），覆盖 (He-)sdB/sdO 全参数空间。
• Latour et al. 2011（ApJ 733, 100）—— sdO NLTE 网格（TLUSTY/SYNSPEC），含 H+He 及可选 C/N/O NLTE 模型。
• OSTAR2002 / BSTAR2006（tlusty.oca.eu）—— Lanz & Hubeny 2003/2007 社区标准网格（H/He NLTE，CNO LTE）
• NLTE-OBGRID（MAST archive.stsci.edu/hlsp/nlte-obgrid）—— Hubeny 更新版（H/He NLTE，CNO LTE）
• WD-GRID（MAST archive.stsci.edu/hlsp/wd-grid）—— Bohlin+2020 白矮星 NLTE 网格，1500Å-30μm 对 CALSPEC 1% 一致（仅适用 WD，非 sdB）

交叉代码比对

• Witzke+2021, MPS-ATLAS（A&A）—— 三代码流量差异：~400nm 最大，其他波段几个百分点
• CASTELLI/Kurucz ATLAS9（STScI）

本仓库内相关文档

• docs/tlusty&synspec收敛性判断.md —— rc 不可靠性、fort.9/NaN 阈值漏洞 1-5 修复历程、gfortran 退出码实测（第一层硬门槛的依据；注意该文档 §4 部分漏洞描述仍是修复前状态，本文档已同步现状）
• docs/tlusty_result_artifacts.md —— fort 单元语义、.emflux/.bfac 快照、TLUSTY fort.14 与 SYNSPEC .spec 关系
• docs/PIPELINE.md —— 阶段链、nst 配方（ND=50、默认 CHMAX=0.001）、物理极限区

源码证据

• 能量守恒诊断：tlusty208.f:14179-14191,14271-14273（OUTPRI）；:49854（RECHCK）；实测 hotsd/tlusty (副本)/hhe35nl.6:341（(RAD+CON)/TOT=1.00106E+00，收敛良好）
• fort.55 错位（已修复）：旧 fort55_writer.rs:5 写 imode,idrv,ifreq vs SYNSPEC synspec54.f:253 读 IMODE,IDSTD,IPRIN；现重构为 config.rs 的 Fort55Line1-Fort55Line6 + Fort55LineMol/Fort55LineVtb/Fort55LineAng 9 子结构体按行对应。synspec54.f:269 iophli=0 无条件覆盖（已核实，SYNSPEC 既定行为）。
• 种子传播：reporter.rs:122（门控）、executor.rs:221（读种子 bytes）、seed_finder.rs:26-40（有向最近邻）
• 漏洞 1 修复：conv_check.rs:287-335（spec_is_valid）、runner.rs:645（调用点）
• 漏洞 4 修复：conv_check.rs:264-265（0 行容忍）
• 漏洞 2 进阶修复：runner.rs:448-477、conv_check.rs:88-98