4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索

来源：央视新闻客户端

今天（23日），中国科学院国家天文台发布宇宙学模拟项目“千衍”。由中国科学家领衔的国际团队成功在超级计算机中构建出一个数字虚拟宇宙，为人类探索宇宙奥秘、研究宇宙的演化历史提供了强大的数字工具。

中国科学家领衔

数字虚拟宇宙“千衍”发布

所谓数字虚拟宇宙，是指科研人员依托超级计算机的强大算力，模拟出的一个与真实宇宙十分相似的数字化的宇宙。这个模拟的宇宙完整还原了宇宙从诞生至今百亿年间的演化过程，每个阶段的样貌以数字化的形式完整地再现出来。在这项长达十余年的研究工作中，我国科研团队使用自主开发的软件，针对国产超级计算机进行了算法、编程等方面的优化，最终产出总量达13PB的科研数据。

中国科学院国家天文台研究员 王乔：我们知道宇宙是从大爆炸开始，之后宇宙的结构就渐渐从一个非常均匀的状态，开始形成越来越多的结构，这些结构我们过去只能通过计算机模拟的方式来实现。这一次我们使用了4.2万亿个虚拟的粒子，来描述宇宙大尺度结构的过程，在精度上和范围上都能够实现足够的应用。

依托这个数字虚拟宇宙，科研团队算出了宇宙中各类星系的位置、亮度等特征信息，形成了一套模拟星表。该星表可为暗物质、暗能量等前沿基础研究提供理论支持，也能为天文观测的数据分析、误差评估提供关键参考。

王乔：这个项目的成功代表着我国在计算宇宙学领域，不断探索的路上又迈出了一步，并且具备了一定的国际竞争力。

助力宇宙学研究迈入高精度时代

今天发布的“千衍”，就是科学家在超级计算机里，造出的一个和真实宇宙几乎一模一样的数字虚拟宇宙，它可以完整回放宇宙百亿年从诞生到现在的全部演化过程，将助力宇宙学研究迈入高精度时代。

据了解，该项目打破了此前由欧美等主导的计算宇宙学领域格局，从硬件支撑、软件研发到算法设计、科学论证，均由我国科研团队自主领衔，核心技术也由我国科研团队自主掌控。通过该宇宙演化数值模拟，科学家们可以厘清不同宇宙学模型与观测数据的差异，为理论研究提供了精准验证的途径，为全球科研人员提供了一个高精度的宇宙学研究平台。

王乔：其实有很多异想天开的宇宙学模型，怎么去理解哪些是对的、哪些是不对的，是现在科研的一个非常前沿和要回答的问题。数值模拟可以帮助我们去理解宇宙中的星系形成、星系里面的特性，包括如何去和我们天文观测中所看到的那些属性以及各种光度进行匹配。经过比较，我们才能确认出哪一种是真正最准确的宇宙学模型。

据了解，该数字虚拟宇宙可以辅助国内外的大型巡天项目明确观测目标、评估观测误差、提炼物理规律，让天文观测更具针对性和高效性。例如，它可以为中国空间站巡天望远镜、欧洲空间局“欧几里得”等全球重要巡天项目提供数值支撑，也可以为中国天眼的射电观测定量给出宇宙中中性氢的分布规律，为研究宇宙膨胀历史、宇宙年龄等基础问题提供重要参考，帮助各国科研人员破解宇宙演化的众多难题。

有望赋能科普

与多领域文创产业升级

数字虚拟宇宙的构建除了为全球科研提供强大支撑，也将为科学普及、电影、动画、游戏等产业提供权威可靠的科学基础数据，赋能相关产业的升级。

据了解，相较于以往依赖想象和经验的科普、文创创作，这个基于真实物理规律构建的虚拟宇宙，提供了高精度、高保真的宇宙数据支撑。电影、动画、游戏制作等部门的创作者可高保真地呈现宇宙大尺度结构的演化样貌，打造出既符合物理规律、又极具视觉冲击力的虚拟场景，提升作品的科学性和观赏性，为文创产业发展开辟新路径。

在科学普及方面，科研团队正与国内多家天文馆、科普机构合作，依托虚拟宇宙的高精度数据，开发宇宙介绍短片、科普动画等内容，让科普宣传更具科学性和准确性。以往科普短片中可能存在的宇宙样貌偏差、演化规律错误等问题，都能通过虚拟宇宙的数据得到有效解决，让公众接触到更真实的宇宙面貌。

王乔：我们的宇宙是一个宏大的体系，之前的电影、动画，往往会引入过多假设，特别是一些科普的宣传片。这一次，我们有了真实的物理引擎或者物理基础所计算出来的虚拟宇宙，就可以真实还原出宇宙的信息。这样制作出来的电影或者动画就会保真，能够保持住最好的精度，能够做得更加地符合物理演化和科学背景。

（总台央视记者 帅俊全 褚尔嘉 郝亮）