Разработан искусственный интеллект, предсказывающий стабильность планетной системы

Почему планеты Солнечной системы не сталкиваются? Как вообще организуются планетные системы и какие их конфигурации остаются стабильными в течение миллиардов лет жизненного цикла звезды? Отказ от широкого диапазона нестабильных возможностей – всех конфигураций, которые могут привести к столкновениям – оставил бы более четкое представление о системах далеких звезд, но это не так просто, как кажется.

«Отделение стабильных конфигураций оказалось увлекательной проблемой», – заявил Даниэль Тамайо, стипендиат NASA по программе астрофизических наук в Университете Принстона (США) и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Разработан искусственный интеллект, предсказывающий стабильность планетной системы

Восемь планет Солнечной системы и Плутон. Credit: NASA

Чтобы убедиться, что планетарная система стабильна, астрономы должны просчитать движение множества взаимодействующих планет в течение миллиардов лет и проверить каждую возможную конфигурацию на устойчивость. И это непомерный объем работы для человека.

Астрономы со времен Исаака Ньютона боролись с проблемой стабильности орбиты, но хотя эта борьба способствовала многим математическим революциям, никто пока не нашел способ теоретически предсказать стабильные архитектуры.

Даниэль Тамайо понял, что может ускорить процесс, сочетая упрощенные модели динамического взаимодействия планет с методами машинного обучения. Это позволяет быстро устранить огромное количество нестабильных орбитальных конфигураций, вычисление которых заняло бы десятки тысяч часов.

Разработан искусственный интеллект, предсказывающий стабильность планетной системы

Семь планет системы TRAPPIST-1. Credit: NASA/R. Hurt/T. Pyle

По данным наблюдений, для большинства многопланетных систем существует множество возможных орбитальных конфигураций, из которых не все будут стабильными. Многие из них достаточно «быстро», то есть за не слишком много миллионов лет, будут превращаться в клубок пересекающихся орбит. Цель исследования состояла в том, чтобы исключить эти так называемые «быстрые нестабильности».

«Я решил исключить все нестабильные варианты, при которых планетные системы уже не могли бы существовать в настоящее время», – пояснил Даниэль Тамайо.

Вместо моделирования заданной конфигурации для миллиарда орбит – традиционный метод «грубой силы», который займет около 10 часов – модель Даниэля Тамайо на первом этапе просчитывает 10 тысяч орбит, справляясь за доли секунды. Затем из этого короткого фрагмента она вычисляет 10 сводных показателей, отражающих резонансную динамику системы. Наконец, астроном обучает искусственный интеллект предсказывать по этим 10 параметрам, останется ли конфигурация стабильной, если увеличить число витков до миллиарда.

Разработан искусственный интеллект, предсказывающий стабильность планетной системы

Один из результатов нового подхода на примере системы Kepler-431, в которой открыто три экзопланеты. Слева нанесены возможные орбиты трех миров, согласующиеся с наблюдениями. Справа – только те орбиты, которые позволяют системе существовать до сих пор (удалены все нестабильные конфигурации). Выполнение данного расчета с помощью предыдущих методов заняло бы больше года компьютерного времени. Модель SPOCK справилась за 14 минут. Credit: Daniel Tamayo

«Мы назвали модель SPOCK – стабильность планетарных орбитальных конфигураций – отчасти потому, что модель определяет, будут ли системы «жить долго и счастливо»», – сообщил Даниэль Тамайо.

SPOCK определяет долгосрочную стабильность конфигураций планет примерно в 100 000 раз быстрее, чем предыдущий подход, преодолевая вычислительное узкое место. Даниэль Тамайо предупредил, что, хотя он и его коллеги не решили общую проблему стабильности планет, модель надежно идентифицирует быструю нестабильность в компактных системах, что, как они утверждают, наиболее важно в попытках наложить ограничения на планетную систему.

«Наш метод обеспечит более четкое представление об орбитальных архитектурах планетных систем за пределами нашей», – заключил Даниэль Тамайо.

Источник: in-space.ru