【亲测免费】 REBOUND 开源 N-体代码使用教程

1. 项目介绍

REBOUND 是一个开源的多用途 N-体代码，用于模拟粒子在引力作用下的运动。它可以模拟各种天体，如恒星、行星、卫星、环或尘埃粒子。REBOUND 非常灵活，可以定制以准确高效地解决天体物理学中的许多问题。

主要特点

• 无外部库依赖：REBOUND 不需要依赖外部库，可以在 Linux、MacOS 和 Windows 上原生运行。
• 多种积分器：支持多种积分器，包括 WHFast、SEI、LEAPFROG、EOS 等。
• 并行化：支持 OpenMP 和 MPI 并行化，适用于共享内存系统和特殊用例。
• 实时 3D 可视化：提供 C 和 Python 版本的实时 3D 可视化功能。
• 丰富的示例：提供大量 C 和 Python 示例，可以直接在浏览器中运行。

2. 项目快速启动

安装 REBOUND

你可以使用 pip 安装 REBOUND 的 Python 版本：

pip install rebound

运行一个简单的 REBOUND 模拟

以下是一个简单的 REBOUND 模拟示例：

import rebound

# 创建一个模拟对象
sim = rebound.Simulation()

# 添加两个粒子
sim.add(m=1.0)  # 添加一个质量为 1.0 的粒子
sim.add(m=1.0e-3, a=1.0)  # 添加一个质量为 1.0e-3、距离为 1.0 的粒子

# 运行模拟 1000 个时间单位
sim.integrate(1000)

# 输出模拟状态
sim.status()

使用 C 版本的 REBOUND

如果你想使用 C 版本的 REBOUND，可以通过以下命令克隆并编译项目：

git clone https://github.com/hannorein/rebound.git
cd rebound/examples/shearing_sheet
make
./rebound

3. 应用案例和最佳实践

应用案例

REBOUND 可以用于模拟各种天体物理问题，如行星系统、恒星系统、尘埃环等。以下是一些应用案例：

• 行星系统模拟：模拟行星在恒星周围的轨道运动。
• 恒星系统模拟：模拟多个恒星之间的引力相互作用。
• 尘埃环模拟：模拟尘埃粒子在环中的运动和碰撞。

最佳实践

• 选择合适的积分器：根据模拟需求选择合适的积分器，如 WHFast 适用于长周期模拟，IAS15 适用于高精度模拟。
• 并行化加速：利用 OpenMP 或 MPI 并行化加速大规模模拟。
• 实时可视化：使用 REBOUND 提供的实时 3D 可视化功能，实时监控模拟状态。

4. 典型生态项目

REBOUNDx

REBOUNDx 是一个扩展模块，用于在 REBOUND 模拟中轻松添加额外的物理模块，如迁移力、广义相对论效应和自旋等。

• 项目地址：https://github.com/dtamayo/reboundx

Celmech

Celmech 是一个分析和半分析工具，用于比较数值模拟与天体力学的分析和半分析工具。

• 项目地址：https://github.com/shadden/celmech

ASSIST

ASSIST 是一个用于生成太阳系中测试粒子的高精度集成的工具，精度与 JPL 的小天体集成器相当。

• 项目地址：https://github.com/matthewholman/assist

通过这些生态项目，REBOUND 可以扩展其功能，满足更复杂的天体物理模拟需求。