行星系统N体模拟的复现与分析新范式

实验的可复现性是科学方法的主要原则之一。然而，数值N体实验，尤其是行星系统的那些，目前不可复现。在最乐观的情况下，它们只能在近似或统计意义上被重复。即使作者共享其完整源代码和初始条件，编译器、库、操作系统或硬件的差异也常导致定性不同的结果。我们提供了一套新的易于使用的开源工具，解决了上述问题，实现了N体实验的精确（逐位）可复现性。除了生成完全可复现的积分外，我们展示了我们的框架还提供了分析这些模拟的新颖创新方法。作为一个示例，我们给出了一个跨越10Gyrs的太阳系高精度积分，在现代CPU上需要数周运行。在我们的框架中，我们不仅可以轻松访问我们保存快照的预定义间隔处的模拟数据，还可以访问积分期间任意时刻的数据。我们通过从最近快照对按需重建的模拟进行前向时间积分来实现这一点。这使我们能够在保存的模拟中任意点精确（逐位）提取任意量，且在数秒内而非数周内完成。我们相信本文中呈现的工具为N体模拟如何在社区中运行、分析和共享提供了新范式。