西蒙·怀特：超级计算机揭示宇宙奥秘

西蒙·怀特：超级计算机揭示宇宙奥秘

“借助一台计算机，我们可以坐在虚拟的飞船里，用几分钟穿越距离我们几百亿光年的宇宙，观察不同的星系结构，以及它们的演变过程……”天体物理学家、中国科学院外籍院士西蒙·怀特教授在浙江省科协“科学咖啡馆·大师对话”活动中，用这个生动的例子展示了智能计算在现代天文学中的广泛应用。

西蒙·怀特教授是智能计算探索宇宙结构演化的先驱，他引领建立了现在被认为是宇宙结构演化的标准模型，并证实了冷暗物质在驱动宇宙演化中扮演着主导角色。在他的研究中，超级计算机扮演了至关重要的角色，帮助人类“刻画”出宇宙的模样。

超级计算机是国家科研实力的重要体现，广泛应用于尖端科研、国防军工、产业升级、重大社会问题等领域。在天文学中，超级计算机更是不可或缺的工具。它能够处理海量的天文观测数据，模拟宇宙的演变过程，帮助科学家理解宇宙的构成和演化。

最近，美国能源部阿贡国家实验室的科学家利用橡树岭国家实验室的“前沿”超级计算机，实现了迄今为止最大规模的宇宙天体物理模拟。这次模拟使用了名为“硬件/混合加速宇宙学代码”（HACC）的程序，该程序自15年前问世以来，一直致力于研究宇宙暗区大规模结构的形成，包括暗能量、暗物质、中微子和原始涨落的起源等。

这次模拟在E级“前沿”超级计算机上运行，速度比最初的参考运行快近300倍，实现了破纪录的性能。E级计算指的是每秒进行百亿亿次浮点运算的能力。通过使用约9000个计算节点，“前沿”超级计算机成功模拟了宇宙流体动力学情况，这是比模拟不断膨胀的宇宙更为复杂和昂贵的任务。

在暗物质研究方面，超级计算机同样发挥了重要作用。上海交通大学沈俊太教授团队利用我国LAMOST望远镜观测的K型巨星，研究了太阳邻域暗物质速度分布。他们发现，银河系的早期主并合事件——GES卫星星系并合——在速度分布上遗留下了高度径向化的“运动学子结构”。这一发现对暗物质直接探测实验中的最小散射速度曲线、散射截面-暗物质粒子质量曲线以及年度调制效应有重要影响。

在星系合并研究方面，超级计算机也展现出了强大的能力。德国马克斯·普朗克天文学研究所的科学家通过分析欧洲空间局“盖亚”卫星和斯隆数字巡天（SDSS）调查的数据，成功确定了两个可能是银河系最早组成部分的区域，命名为“沙克蒂”（Shakti）和“湿婆”（Shiva）。这两个区域在120亿到130亿年前与早期银河系融合，具有非常低的金属含量和相对较大的角动量，与银河系合并的独立星系特征一致。

西蒙·怀特教授指出，超级计算机不仅让我们能够在几分钟内穿越数百亿光年的宇宙，还能帮助我们了解暗物质的分布和星系合并的过程。随着计算能力的不断提升，未来，智能计算将在宇宙探索中发挥越来越重要的作用，为人类揭示更多宇宙的奥秘。