电脑里的天体实验室

自古以来，天文学家的实验室就是浩翰的宇宙。天文学家只能凭借观测天体和利用观测资料来研究天体。因为地球上最大最先进的实验室也不可能研制出一颗庞大的天体来。更何况，天体的演变过程又相当漫长，根本不可能在实验室里对天体演化作实验研究。一句话，实验研究与天文学毫不相干。

但是咱 20 世纪 40 年代电子计算机问世后，原本只是天方夜谭的天体实验研究，竟然变成了现实。从此结束了以观测为获得天文学知识和天文学研究的单一手段的历史。计算机成为天文学研究的强有力的实验手段。一门崭新的学科——实验恒星动力学从此载入了天文学的史册。

当然我们这里说的实验，与通常意义下的物理实验或化学实验不同，而是计算机模拟。什么是计算机模拟呢？这就是从天文学基本理论（如牛顿运动方程、牛顿万有引力定律和泊松方程等）出发，利用计算机作为实验手段， 模拟天体系统，如星团、星系、星系团或整个宇宙等，对天体系统作动力学研究。之所以把计算机模拟说成实验研究，是因为计算机能显示出恒星系统的起源和演化，以及其他的物理学和动力学特征；能用计算机的图象展示恒星系统不同时间的变化，就如同直观看到恒星系统的形成和发展一样。

恒星之间在万有引力作用下，形成一个引力场系统，每一颗星都运动在引力场内。这个庞大的多体系统是个极为复杂的动力学体系，这就是 300 多年来天文学家一直在研究的引力 N 体问题（又称多体问题），但进展十分缓慢。自从机算机用于 N 体问题计算机模拟学科，即实验恒星动力学，也使得恒星系统的动力学研究大大向前迈了一步。把模拟结果和观察结果紧密结合起来，加以比较研究，为观测天文学开拓了新的思路。