Изкуствен интелект предсказва стабилността на орбитите на планетите
Астрономи са разработили алгоритъм за машинно обучение, който предсказва дали орбитите на планетите бързо ще станат нестабилни. На основа на моделиране, компютърната програма оценява най-важните орбитални характеристики на небесните тела и с точност от 85% предсказва, ще оживеят ли те след милиард оборота около своята звезда. За разлика от своите предшественици, при които за една симулация са били необходими 10 часа, алгоритъмът се справя с тази задача за секунди, а в бъдеще програмата ще помогне за търсене на потенциално годни за живот светове. Предпринтът на статията е приет за публикация в списание Proceeding of the Natinal Academy of Sciences и е достъпен на сайта ArXiv.org.
Оценката за устойчивостта на планетарните системи е една от най-старите качествени задачи в небесната механика. В рамките на нютоновата теория за всеобщото привличане, система от две тела е стабилна, но ако в нея се добави още един обект, то това може да доведе до изхвърлянето от системата на едно от небесните тела. Главният проблем е в орбиталните резонанси, тоест ситуацията, когато периодите на въртене на две или повече небесни тела се отнасят един към друг, както малки натурални числа. Такива резонанси се срещат даже в Слънчевата система. Например Сатурн и Юпитер се намират почти в точен резонанс 2:5, тоест два оборота на Сатурн около Слънцето съответстват на три оборота на Юпитер, а Плутон се намира в орбитален резонанс 2:3 с Нептун.
Астрономът Даниел Тамайо (Daniel Tomayo) от Пристънския университет заедно със свои колеги са използвали данни за орбиталните резонанси, които водят към нестабилност на системата от две планети за създаване на алгоритъм за машинно обучение, който да предсказва нестабилност на системи от три и повече тела. Тъй като всички случаи не могат да бъдат обхванати, учените са се концентрирали на така наречените „бързи нестабилности“. Това са сценарии, когато сблъскванията на планетите се случват достатъчно рано, относително възрастта на системата. В своето изследване учените са дефинирали системата като стабилна, когато влизащите в нея небесни тела са способни да извършат един милиард оборота около звездата и да не се сблъскат една с друга. Такова голямо количество обороти се обуславя от това, че днес повечето от откритите планети се намират близко до своите звезди.
Астрономите са генерирали 100 хиляди компактни системи от три планети, като 80% от тях са били използвани за обучение на изкуствения интелект, чиито алгоритъм се нарича SPOCK (Stability of Planetary Orbital Configurations Klassifier).През първия етап програмата моделира само десет хиляди оборота на планетата около звездата, което икономисва значително количество изчислително време. На основата на тези симулации се извличат десет основни показателя на системата, описващи резонансната динамика и предсказват стабилността на орбитата за всичките милиард оборота.
Благодарение на този подход SPOCK определя стабилността на орбитите 100 хиляди пъти по-бързо от предишните алгоритми. Тамайо отбелязва, че въпреки че той и неговите колеги нe са „решили“ общия проблем на стабилността на планетите, SPOCK надеждно идентифицира бързата стабилност в компактни планетни системи, която както твърдят изследователите, е най-важната при характеристиките за стабилност на системите.
