Всесвіт

Штучний інтелект передбачить шанси планетних систем на «виживання»

Метод машинного навчання дозволив значно скоротити час та обсяги розрахунків нестабільності різних конфігурацій планет.

Новий метод забезпечить чіткіше уявлення про орбітальну архітектуру планетних систем / NASA

Чому планети відносно рідко стикаються одна з одною? Як формуються і стабілізуються планетні системи? Які з можливих конфігурацій цих систем найбільш стабільні? Відповіді на ці питання дозволять астрофізикам дізнатися багато нового про наш Всесвіт і зрозуміти, як він буде розвиватися надалі.

Визначення стабільних і нестабільних конфігурацій планетних систем — захоплююча, але гранично складна проблема. Щоб переконатися, що система стабільна, вчені повинні розрахувати рухи декількох взаємодіючих планет протягом мільярдів років і перевіряти стійкість кожної з можливих конфігурацій. Обсяг обчислень, необхідних для рішення такої задачі, нереально уявити.

Вчені боролися з цією проблемою ще з часів Ісаака Ньютона, але дотепер так і не знайшли способу достовірно передбачати стабільні конфігурації орбіт в планетних системах. Американські вчені під керівництвом Даніеля Тамайо з Прінстонського університету знайшли спосіб прискорити такі обчислення завдяки використанню спрощених моделей динамічної взаємодії небесних тіл і методів машинного навчання.

Новий підхід дозволяє пропускати обчислення на великій кількості завідомо нестабільних конфігурацій. Тепер розрахунки, які раніше займали десятки тисяч годин, можна провести за лічені хвилини на досить потужній техніці. Стаття про це викладена на порталі ArXiv.org у вигляді препринти.

Зліва — сукупність передбачуваних орбіт планет в системі Kepler-431, накладених одна на одних. Справа — сукупність найбільш стабільних орбіт, обчислених за допомогою нового алгоритму / Tamayo, Cradmer, Hadden et al., 2020

Більшість конфігурацій планет досить швидко — протягом мільйонів або десятків мільйонів років — дестабілізуються, перетворюючись у хаотичне переплетення орбіт. Завдання авторів роботи полягала в тому, щоб виключити як можна більше таких конфігурацій.

«Ми не можемо категорично стверджувати: «Ця система буде в порядку, а цю скоро рознесе», — пояснює Тамайо. — Мета замість цього <…> виключити всі нестабільні ймовірні комбінації, які вже розвалилися і не можуть існувати в цей момент».

Модель, розроблена вченими, замість мільярди різних орбіт генерує лише близько 10 тисяч планетних траєкторій. З цього набору обчислюють десять зведених показників, що відображають резонансну динаміку системи. Потім алгоритм машинного навчання на основі цих показників вчать передбачати, чи залишиться конфігурація стабільною при масштабуванні на більшу кількість орбіт.

«Ми назвали модель СПОК (стабільність планетарних орбітальних конфігурацій) — говорить Тамайо. — Почасти тому, що вона визначає, чи системи «жити довго і процвітати» (ця фраза вченого — відсилання до Споку, персонажа серіалу «Зоряний шлях». — Прим. ред.)».

Хоча новий алгоритм не вирішує проблему стабільності планетних орбіт в цілому, він надійно ідентифікує нестабільні комбінації в компактних системах і дає можливість проводити обчислення в десятки тисяч разів швидше, ніж раніше.

«Новий метод забезпечить чіткіше уявлення про орбітальну архітектуру планетних систем за межами нашої Сонячної системи», — пишуть автори роботи.

Натхнення: naked-science.ru

Кнопка «Наверх»