DCTS/docs/spectrum_correctness_analysis.md

# 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`