Алгоритм предскажет стабильность орбит планет

Астрономы разработали алгоритм машинного обучения, который предскажет, орбиты каких планет быстро станут нестабильными. На основе моделирования компьютерная программа оценивает наиболее важные орбитальные характеристики небесных тел и с точностью 85 процентов предсказывает, выживут ли они спустя миллиард оборотов вокруг звезды. В отличие от предшественников, у которых на одну симуляцию уходило до 10 часов, алгоритм справляется с задачей за секунды, а в будущем программа сможет помочь в поисках потенциально пригодных для жизни миров. Препринт статьи, принятой к публикации в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, доступен на сайте arXiv.org.

Оценка устойчивости планетарных систем — одна из старейших качественных задач небесной механики. В рамках ньютоновой теории тяготения система двух тел стабильна, но если в нее добавляется еще один объект, это может привести к выбрасыванию из системы одного из тел. Главную проблему представляют собой орбитальные резонансы — ситуации, когда периоды обращения двух или более небесных тел соотносятся как небольшие натуральные числа. Такие резонансы встречаются даже в Солнечной системе: например, Сатурн и Юпитер находятся почти в точном резонансе 2:5 — то есть два оборота Сатурна вокруг Солнца соответствуют трем оборотам Юпитера — а Плутон находится в орбитальном резонансе 2:3 с Нептуном.

Астроном Даниэль Тамайо (Daniel Tamayo) из Принстонского университета вместе с коллегами использовали данные об орбитальных резонансах, которые приводят к нестабильности системы из двух планет, для создания алгоритма машинного обучения, который предскажет нестабильность системы из трех и более тел. Так как все случаи охватить нельзя, исследователи сконцентрировались на так называемых «быстрых нестабильностях» — сценариях, когда столкновения между планетами происходят довольно рано относительно возраста системы. В работе ученые определяли систему как стабильную, если входящие в нее небесные тела способны совершить 109 оборотов вокруг звезды и не врезаться друг в друга. Такое большое количество оборотов обусловлено тем, что сегодня большинство открытых планет находятся близко к своим материнским звездам.

Астрономы сгенерировали 100 тысяч компактных трехпланетных систем, 80 процентов которых были использованы для обучения алгоритма под названием Stability of Planetary Orbital Configurations Klassifier (SPOCK). На первом этапе программа моделирует всего десять тысяч оборотов планет вокруг звезды, что значительно экономит вычислительное время. На основе этих симуляций алгоритм извлекает десять основных параметров системы, описывающих резонансную динамику, и предсказывает стабильность орбит уже на протяжении миллиарда оборотов.

Благодаря такому подходу SPOCK определяет стабильность орбит планет в 100 тысяч раз быстрее предыдущих алгоритмов. Тамайо отмечает, что, хотя он и его коллеги не «решили» общую проблему стабильности планет, SPOCK надежно идентифицирует быструю нестабильность в компактных системах, которые, как утверждают исследователи, наиболее важны при характеристике стабильности планетных систем.

В последние годы искусственный интеллект все чаще используется в астрономии. С его помощью ученые пытаются предсказывать вероятность наличия жизни на экзопланетах, искать протопланетные диски и регистрировать быстрые радиовсплески.

Кристина Уласович

https://nplus1.ru/