天體實驗室

電腦里的天體實驗室

自古以來，天文學家的實驗室就是浩瀚的宇宙。天文學家只能憑借觀測天體和利用觀測資料來研究天體，因為地球上最大最先進的實驗室也不可能研制出一顆龐大的天體來。更何況，天體的演變過程又相當漫長，根本不可能在實驗室里對天體演化做實驗研究。一句話，實驗研究與天文學毫不相干。

但是，自20世紀40年代電子計算機問世后，原來只是天方夜譚的天體實驗研究，竟然變成了現實。從此結束了以觀測為獲得天文學知識和天文學研究的單一手段的歷史。計算機成為天文學研究的強有力的實驗手段。一門嶄新的學科——實驗恒星動力學從此載入了天文學的史冊。

當然我們這里說的實驗，與通常意義上的物理實驗或化學實驗不同，而是計算機模擬。什么是計算機模擬呢？這就是從天文學基本理論（如牛頓方程、牛頓萬有引力定律和泊松方程等）出發，利用計算機作為實驗手段，模擬天體系統，如星團、星系、星系團或整個宇宙等，對天體系統作動力學研究。之所以把計算模擬說成實驗研究，是因為計算機能顯示出恒星系統的起源和演化，以及其他的物理學和動力學特征；能用計算機的圖像展示恒星系統不同時間的變化，就如同直觀看到恒星系統的形成和發展一樣。

恒星之間在萬有引力作用下，形成一個引力場系統，每一顆星都運動在引力場內。這個龐大的多體系統是個極為復雜的動力學體系，這就是300多年來天文學家一直在研究的引力N體問題（又稱多體問題），但進展十分緩慢。自從計算機用于N體問題計算機模擬學科，即實驗恒星動力學，也使得恒星系統的動力學研究大大向前邁了一步。把模擬結果和觀察結果緊密結合起來，加以比較研究，為觀測天文學開拓了新的思路。

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