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今天（23日），中國科學院國家天文台發布宇宙學模擬項目「千衍」。由中國科學家領銜的國際團隊成功在超級計算機中構建出一個數字虛擬宇宙，為人類探索宇宙奧秘、研究宇宙的演化歷史提供了強大的數字工具。
中國科學家領銜
數字虛擬宇宙「千衍」發布
所謂數字虛擬宇宙，是指科研人員依託超級計算機的強大算力，模擬出的一個與真實宇宙十分相似的數字化的宇宙。這個模擬的宇宙完整還原了宇宙從誕生至今百億年間的演化過程，每個階段的樣貌以數字化的形式完整地再現出來。在這項長達十餘年的研究工作中，我國科研團隊使用自主開發的軟體，針對國產超級計算機進行了演算法、編程等方面的優化，最終產出總量達13PB的科研數據。
中國科學院國家天文台研究員 王喬：我們知道宇宙是從大爆炸開始，之後宇宙的結構就漸漸從一個非常均勻的狀態，開始形成越來越多的結構，這些結構我們過去只能通過計算機模擬的方式來實現。這一次我們使用了4.2萬億個虛擬的粒子，來描述宇宙大尺度結構的過程，在精度上和範圍上都能夠實現足夠的應用。
依託這個數字虛擬宇宙，科研團隊算出了宇宙中各類星系的位置、亮度等特徵信息，形成了一套模擬星表。該星表可為暗物質、暗能量等前沿基礎研究提供理論支持，也能為天文觀測的數據分析、誤差評估提供關鍵參考。
王喬：這個項目的成功代表著我國在計算宇宙學領域，不斷探索的路上又邁出了一步，並且具備了一定的國際競爭力。
助力宇宙學研究邁入高精度時代
今天發布的「千衍」，就是科學家在超級計算機里，造出的一個和真實宇宙幾乎一模一樣的數字虛擬宇宙，它可以完整回放宇宙百億年從誕生到現在的全部演化過程，將助力宇宙學研究邁入高精度時代。
據了解，該項目打破了此前由歐美等主導的計算宇宙學領域格局，從硬體支撐、軟體研發到演算法設計、科學論證，均由我國科研團隊自主領銜，核心技術也由我國科研團隊自主掌控。通過該宇宙演化數值模擬，科學家們可以釐清不同宇宙學模型與觀測數據的差異，為理論研究提供了精準驗證的途徑，為全球科研人員提供了一個高精度的宇宙學研究平台。
王喬：其實有很多異想天開的宇宙學模型，怎麼去理解哪些是對的、哪些是不對的，是現在科研的一個非常前沿和要回答的問題。數值模擬可以幫助我們去理解宇宙中的星系形成、星系裡面的特性，包括如何去和我們天文觀測中所看到的那些屬性以及各種光度進行匹配。經過比較，我們才能確認出哪一種是真正最準確的宇宙學模型。
據了解，該數字虛擬宇宙可以輔助國內外的大型巡天項目明確觀測目標、評估觀測誤差、提煉物理規律，讓天文觀測更具針對性和高效性。例如，它可以為中國空間站巡天望遠鏡、歐洲空間局「歐幾里得」等全球重要巡天項目提供數值支撐，也可以為中國天眼的射電觀測定量給出宇宙中中性氫的分布規律，為研究宇宙膨脹歷史、宇宙年齡等基礎問題提供重要參考，幫助各國科研人員破解宇宙演化的眾多難題。
有望賦能科普
與多領域文創產業升級
數字虛擬宇宙的構建除了為全球科研提供強大支撐，也將為科學普及、電影、動畫、遊戲等產業提供權威可靠的科學基礎數據，賦能相關產業的升級。
據了解，相較於以往依賴想像和經驗的科普、文創創作，這個基於真實物理規律構建的虛擬宇宙，提供了高精度、高保真的宇宙數據支撐。電影、動畫、遊戲製作等部門的創作者可高保真地呈現宇宙大尺度結構的演化樣貌，打造出既符合物理規律、又極具視覺衝擊力的虛擬場景，提升作品的科學性和觀賞性，為文創產業發展開闢新路徑。
在科學普及方面，科研團隊正與國內多家天文館、科普機構合作，依託虛擬宇宙的高精度數據，開發宇宙介紹短片、科普動畫等內容，讓科普宣傳更具科學性和準確性。以往科普短片中可能存在的宇宙樣貌偏差、演化規律錯誤等問題，都能通過虛擬宇宙的數據得到有效解決，讓公眾接觸到更真實的宇宙面貌。
王喬：我們的宇宙是一個宏大的體系，之前的電影、動畫，往往會引入過多假設，特別是一些科普的宣傳片。這一次，我們有了真實的物理引擎或者物理基礎所計算出來的虛擬宇宙，就可以真實還原出宇宙的信息。這樣製作出來的電影或者動畫就會保真，能夠保持住最好的精度，能夠做得更加地符合物理演化和科學背景。
（總台央視記者 帥俊全 褚爾嘉 郝亮）
