人工智能预测哪种行星系统将更快地存活100,000倍

虽然在Kepler-431系统中检测到三个行星，但对其轨道的形状知之甚少。在左边是与观察结果一致的每个星球的大量叠加的轨道。由Princeton的Daniel Tamayo领导的国际天体物理学家团队删除了已经碰撞的所有不稳定的配置，今天无法观察到。用以前的方法这样做将需要一年的计算机时间。随着他们的新模型Spock，需要14分钟。

为什么行星不常常碰撞？行星系统如何 - 如我们的太阳系或其他星星的多个行星系统 - 组织自己？在行星所有可能的方式中可以轨道，在星级生命周期的数十亿年中，有多少配置将保持稳定？

拒绝大量不稳定的可能性 - 所有导致碰撞的配置 - 都会留下在其他恒星周围的行星系统的较小视图后，但它并不像听起来那么容易。

“从不稳定的配置中分离稳定事实证明是一个令人兴趣和粗心的问题，”NASIEL Tamayo，NASA Hubble奖学金计划在普林斯顿的天体物理学院Sagan系列。为了确保行星系统是稳定的，天文学家需要在数十亿年内计算多个交互行星的运动，并检查每个可能的稳定配置 - 一种计算禁止的承诺。

天文学家自Isaac Newton以轨道稳定性的问题摔跤，而虽然斗争为许多数学昼夜的贡献，包括微积分和混沌理论，但没有人发现理论上没有办法预测稳定的配置。现代天文学家仍然必须“蛮力”计算，尽管具有超级计算机代替APACI或幻灯片规则。

Tamayo意识到他可以通过将行星动态交互的简化模型与机器学习方法相结合来加速该过程。这允许消除巨大的不稳定轨道配置，快速计算，即现在可以在几分钟内完成数万小时的计算。他是一篇关于国家科学院诉讼程序中的论文的领先作者。共同作者包括毕业生队员Cranmeranddavid Spergel，普林斯顿的Charles A. 1897年基金会的天文学教授，Emeritus。

对于大多数多行星系统，有许多轨道配置可以给出当前观察数据，其中不是全部将是稳定的。理论上的许多配置将“快速” - 即在不是太多数百万年 - 不稳定地陷入交叉轨道的缠结。目标是排除那些所谓的“快速不稳定”。

“我们不能对”这个系统会没事的，但是那个会很快爆炸，“”Tamayo说。“对于给定的系统，”目标是，排除所有不稳定的可能性，这些可能性已经在当前已经碰撞并且不存在。“

而不是模拟给定的配置亿轨道 - 传统的蛮力方法，这将需要大约10个小时 - Tamayo的模型，而是模拟10,000个轨道，这只需要一秒钟的一秒钟。从这个短片段，它们计算了捕获系统谐振动态的10个摘要度量。最后，他们训练机器学习算法从这10个功能预测，如果它们让它继续达到10亿轨道，则配置是否保持稳定。

“我们叫模型Spock - 行星轨道配置Klassifier的稳定性 - 部分原因是模型决定了系统是否”长期繁荣“，”Tamayo说。

Spock确定行星结构的长期稳定性比以前的方法快约100,000倍，打破计算瓶颈。Tamayo警告说，虽然他和他的同事们没有“解决”行星稳定性的一般问题，Spock确实可靠地识别紧凑型系统中的快速稳定性，它们争论是在尝试做稳定的受限特征方面最重要的。

“这种新方法将为我们自己的行星系统的轨道架构提供更清晰的窗口，”Tamayo说。

但是有多少行星系统？我们的太阳系不是唯一一个吗？

在过去的25年中，天文学家发现了超过4,000个行星轨道轨道，其中几乎一半在多行星系统中。但由于小外产上的睾丸极具挑战性，因此我们仍然存在轨道配置的不完整图片。

“现在已知超过700颗恒星有两个或更多的行星围绕着它们，”普林斯顿的天体物理科学系主任斯特劳斯教会说。“丹和他的同事已经找到了一种从根本上探讨了这些多行星系统的动态的新方法，加快了通过100,000的因素制作模型所需的计算机时间。有了这个，我们可以希望详细了解自然允许的全系列太阳系架构。“

杰西Chatriansen是NASS Exoplanet Archive的Astophy Christiansen表示，杰西Christiansen表示，Spock对最近发现的一些微弱，远端行星系统的感觉特别有用。“很难用目前的乐器限制他们的物业，”她说。“他们是岩石行星，冰巨人还是天然气巨头？还是新的东西？这个新工具将允许我们排除将动态不稳定的潜在行星组成和配置 - 它让我们更精确地和比以前可用的大规模更大的规模更大。“

参考：“预测紧凑型多行星系统的长期稳定性”由Daniel Tamayo，Miles Cranmer，Samuel Harden，Hanno Rein，Peter Battaglia，Alysa Obertas，Philip J. Armitage，Shirley Ho，David Spergel，Christian Gilbertson，Naireen Hussain， Ari Iilburt，Daniel Jontof-Hutter和Kristen Menou，7月16日，7月16日，国家科学院的诉讼程序.DO：
10.1073 / PNAS.2001258117

Tamayo的研究得到了NASA Hubble奖学金（Grant-HF2-51423.001-A）的支持，由太空望远镜科学研究所授予。