计算机模拟天体的原理,天体物理学中动力学研究的计算机模拟.PDF

天体物理学中动力学研究的计算机模拟

2000 云　南　天　文　台　台　刊 2000 年

No 3 　　　　　　　　　　　Publications of Yunnan Observatory 　　　　　　　　　　　第 3 期

天体物理学中动力学研究的计算机模拟

周洪楠 , 张国防

(南京师范大学物理系 , 江苏南京 2 10097)

摘　要　简要介绍了计算机模拟的基本原理和方法 , 以及数值模拟计算在

天体物理学中的主要应用结果和前景。

关键词 : 计算机模拟 ; 天体物理学 ; 应用

中图分类号 : P 14 ; TP 15 　文献标识码 : A 　文章编号 : 100 1 - 7526 (2000) 03 - 0022 - 09

李政道先生等在 1986 年致中国计算科学工作者的一封信中就已经敏锐地指出:

“科学计算实际上已经成为发展国民经济的重要环节。在现代物理学及一些基础科学的

研究中科学计算也成了重要的手段 , 随着计算机技术的发展 , 科学计算在人们的科学生

活中已成为和实验 , 理论相辅相成的第三种手段。科学计算的发展 , 正在推动着科学实

[ 1 ]

践中的一场变革 , 这场变革必将对社会经济和科学技术的发展产生深远的影响” 。

十多年后的今天 , 事实证明了李政道博士的预言 , 人们进入了信息化 , 数字化的科

学时代 , 超级计算机和视像技术的发展和广泛应用给科学研究方法带来了革命性的变

革。目前 , 利用计算机进行科学计算和数值模拟已成为现代天文学 , 物理学等基础科学

研究中的重要手段。计算机已成为一种实验室 , 从中可以得到极其宝贵的定量资料和信

息 , 为进一步进行理论和实验研究提供重要的依据 , 并可能成为检验某些科学假说的唯

一途径。

在本文中 , 首先简要叙述利用计算机进行数值模拟的基本原理和几种常用的模拟计

算方法 ; 而后介绍数值模拟计算在天体物理学中的应用现状和主要结果 ; 最后对天体物

理学中的计算机模拟可开拓前景进行了展望。

1 　计算机模拟的基本原理和方法

1. 1 　基本原理

天文学是一门观测性的学科 , 因此在大量的天体物理问题研究中通常采用以下几个

步骤 : ( 1) 通过大量长期的观测积累丰富的资料 , 并对这些资料进行归算处理 , 去粗存

精 , 得到研究所需的样本资料 ; (2) 在已得资料的基础上提出适当的理论模型或数值计

算模型 , 并求出解析表达式或数值解 ; (3) 将所得的解与实测资料相比对 , 找出误差并

收稿日期 : 2000 - 0 1 - 11 ; 修订日期 : 2000 - 05 - 15

作者简介 : 周洪楠 , 女 , 教授。研究方向: 星系动力学 , 太阳系小天体 , 计算机模拟

第 3 期　　　　　　　　　　　周洪楠等 : 天体物理学中动力学研究的计算机模拟

对原有的理论模型进行修正以求得到与观测资料相接近的拟合解 ; (4)

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