密集项目：宇宙学与天文学专题：

　　宇宙的起源与演变探究

　　宇宙加速膨胀与星系演化过程模拟

　　开始日期：2023-10-27

　　课时安排：4周在线小组科研学习+2周不限时论文指导学习

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　　Prerequisites

　　适合人群

　　适合年级(Grade)：高中生/大学生

　　适合专业(Major)：

　　物理学、宇宙学、星系天文学、数学等理科专业或者未来希望修读相关专业的学生;

　　对宇宙、天体物理充满热忱的学生;

　　学生需要具备物理学基础，并具有一定微积分、线性代数基础

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　　Instructor Introduction

　　导师介绍

　　Mark

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　　麻省理工学院(MIT)

　　终身教授

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　　Program Background

　　项目背景

　　宇宙是什么?它从哪里来，要到哪里去?

　　关于宇宙的思考，使得一代又一代哲学家和科学家为之着迷，并追寻它的答案。2019年诺贝尔物理学奖花落三位天体物理学家，以表彰他们帮助人类更加深入地了解宇宙演化，探索系外行星世界，突破了人类对宇宙的认知边界。近些年来，随着大量的观测数据变得可用，理论模型与超级计算机模拟逐步结合，宇宙学和星系形成研究正在迎来黄金时代。

　　星系形成模拟在宇宙学研究中扮演着至关重要的角色。使用计算机模拟技术，可以在超级计算机上模拟出宇宙的演进过程。堪称当今世界上最为详细的星系形成模拟之一的“揭示计划”(Illustris Project)成功地模拟出了宇宙中超过40000个星系。模拟结果与实际宇宙观测情况存在惊人一致。

　　项目接轨世界前沿星系模拟理论和技术。学生将在项目主导师(“揭示计划”的首席科学家和主要设计者)的指导下，完成星系模拟。

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　　Program Description

　　项目介绍

　　项目内容设计天体物理学、理论物理学和宇宙学知识、并在上述理论的基础上讲授天体的形成模拟方法等知识与案例实战，除此之外项目亮点在于引入世界前沿星系模拟理论和技术Illustris Project。学生将在项目主导师(“揭示计划”的首席科学家和主要设计者)的指导下，了解前沿星系形成理论、星系模拟理论，完成星系形成模拟。而模拟星系的意义在于帮助人类更好、更精确地研究宇宙的起源诞生、发展规律和未来趋势。学生将在课程结束时提交项目报告，进行成果展示。

　　个性化研究课题参考：

　　高纯锗探测器在粒子物理与天体物理中的应用

　　星系恒星形成历史及特性演化研究

　　原初和主序星系在不同尺度下的恒星形成

　　The students learn about the basics of cosmology, astrophysics and how

　　galaxies form. They use analytical and numerical methods to study the

　　evolution of our universe. They will submit a project report at the end

　　of this project and display their results.

　　Suggested Research Fields：

　　Application of High Purity Germanium Detector in Particle Physics and

　　Astrophysics

　　Research on the Formation History and Characteristic Evolution of Galaxy

　　Stars

　　Star formation in primordial and main sequence galaxies at different

　　scales

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　　Syllabus

　　项目大纲

　　宇宙学与系外天文学导论：宇宙学概论、宇宙尺度与结构，暗物质与暗能量的博弈 Introduction to Cosmology and Extragalactic Astronomy: Basic cosmology and structure formation, dark matter and dark energy

　　星系演化的模拟方法：模拟宇宙的基本思想和方法、IllustrisTNG、EAGLED等星系形成模拟系统学习 Cosmological simulations: asic idea of simulations and simulation methods, IllustrisTNG, EAGLE, etc.

　　宇宙学基本理论：广义相对论、弗里德曼方程、哈勃定律，宇宙学原理、爱因斯坦-德西特宇宙模型 Theoretical cosmology：dmann equations, general relativity, Hubble law, cosmological principle, Friedmann equation, Einstein-de Sitter Universe

　　宇宙膨胀理论：膨胀理论概述、宇宙微波背景辐射(CMB)概念及分布、宇宙的几何形状猜想、辐射光谱、磁单极子问题 Motivation for Inflation: Flatness problem, horizon problem, seed problem, monopole problem, Discuss the CMB and power spectrum

　　项目回顾与成果展示 Program review and presentation

　　论文辅导 Project Deliverables Tutoring

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　　Program Outcome

　　项目收获

　　4周在线小组科研学习+2周不限时论文指导学习 共125课时

　　项目报告

　　学员获主导师Reference Letter

　　EI/CPCI/Scopus/ProQuest/Crossref/EBSCO或同等级别索引国际会议全文投递与发表指导(可用于申请)

　　结业证书

　　成绩单