据《日本经济新闻》3月23日报道，在超级计算机中重现宇宙，揭开天体形成之谜——这种“模拟天文学”正作为继观测与理论之后的“第三天文学”蓬勃发展。它不仅能解析银河系的起源与命运，更将人类对宇宙的认知推向新高度。

在银河系的中心区域，恒星以细长的椭圆体状分布形成了“棒状结构”，受其影响，恒星开始爆发式地形成，并逐渐塑造出如今的形态——这是日本鹿儿岛大学副教授马场淳一利用国立天文台超级计算机重现银河系进化的研究成果。

马场教授自信地表示：“借助欧洲航天局‘盖亚’空间探测器的观测数据与模拟技术，银河系研究取得了重大进展。”盖亚空间探测器负责观测银河系天体的精确位置与运动。基于这些数据，现在已能在超级计算机上精确重现银河系结构。

通过比对超级计算机的重现结果与观测数据，推测棒状结构形成于约80亿年前。通过回放或快进这个模拟宇宙的时间轴，可以明确其形成过程与未来演变。马场教授表示：“我们还想研究环绕银河的未知暗物质的性质。”

天文学的发展始终根植于两大支柱：基于望远镜等仪器系统的观测实践，与旨在揭示观测现象内在物理机制的理论建构，二者形成双重驱动力持续推动学科演进。长期以来，理论研究几乎不可能在实验室完成验证。但在20世纪后期，随着计算机性能提升，通过复杂庞大的计算解明物理法则，已能再现各类天体现象。随着超级计算机性能进步，模拟天文学的重要性与日俱增。

日本国立天文台天文模拟项目负责人小久保英一郎称：“模拟天文学主要承担两项使命，一是对理论研究进行验证，二是发现新天体及物理现象。”

模拟对象涵盖从单一行星到整个宇宙的所有天体及现象。时间轴也可自由设定，既能以秒为单位计算，也能模拟长达宇宙当前年龄约138亿年的演化过程。

不仅能够验证理论正确性，还能通过模拟得出的理论与假说进行观测验证。小久保英一郎称：“现代天文学正通过观测、理论与模拟的相互补充实现发展。”

在日本，国立天文台自1996年引进首台天文学专用超级计算机以来持续发力。曾保持全球天文学专用超级计算机最高运算速度纪录的“Aterui Ⅱ”发挥了引领作用。

2021年，日本千叶大学副教授石山智明团队使用“Aterui Ⅱ”全部算力，成功创建描绘宇宙结构的模拟宇宙。该团队以开放数据形式公开成果，与夏威夷岛斯巴鲁望远镜观测结果对比，已被全球研究广泛利用。“Aterui Ⅱ”还在预测黑洞观测影像、解析太阳耀斑发生机制等领域表现活跃。

不过，模拟技术也存在局限。受超级计算机算力限制，复杂物理法则常需近似计算，细微误差可能导致遗漏本应存在的物理现象。宇宙中多种物理现象同时发生，需要能并行执行模拟的优质超级计算机与计算方法。

国立天文台于2024年12月启动“Aterui Ⅱ”后继机型“Aterui Ⅲ”的运营。新机型可实现更接近现实的模拟实验。在宇宙大尺度结构形成、银河诞生与进化、恒星临终超新星爆发机制解析等广泛领域，有望取得丰硕成果。

其他国家相关研究成果也持续涌现。2024年11月，美国橡树岭国家实验室宣布，使用世界顶级超算“Frontier”成功构建全球最大规模模拟宇宙。该研究模拟了构成行星的普通物质与暗物质这两种不同物质的运动规律，有助于建立宇宙膨胀理论模型。这些成果正为人类研究宇宙的想象力插上翱翔之翼。（编译/沈红辉）