人工智能新应用:预测行星系统的稳定性,运算速度快10万倍

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为何行星很少相撞?太阳系如许的由恒星和多行星组成的系统是怎样建立的?能手星运转的所有可能方法中,一颗恒星在十亿年的人命周期中保持稳定的几率有多大?要回答这些疑问,只要破除大多数不稳定情况(行星相撞),便能够对恒星及其行星有一个更为清楚的了解。然而,这并不那么轻易实现。

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美国普林斯顿大学天体物理科学研究员Daniel Tamayo说:“分别辨别稳定情况是个极为困难,但令人着迷的疑问。”为确定一个行星系统的稳定性,天文学家需要计算出数十亿年间多行星的运动方法,而且检查每种情况的稳定性。这是个无法用计算机实现的使命。

行星轨道的稳定性疑问诚然曾经推动了浑沌表面和微积分等诸多学科的革命,但研究人员至今还未找到能从表面上瞻望稳定轨道布局的方法。

phys.org网站7月13日报道,Tamayo通过结合简化的行星动静交互模型与机械学习,快速消除大量不稳定轨道,进步了计算速率。使用优化后的方法,甚至能在几分钟内实现本来需要数万小时的计算量。关联研究成果近期发表于《美国国家科学院院刊》中。

凭证目前的观测数据,大多数行星系统可能有多种轨道运转状况,但不是所有状况都稳定。多数情况下行星轨道会“很快”(几百万年内)因为轨道交叉而变得不稳定。

Tamayo说:“不能肯定地说这个系统没有疑问,那个系统很快就会坍毁。我们的目标是对于一个给定的系统,要破除所有‘快速不稳定’的情况。”

用传统的暴力计算模拟十亿个给定参数的轨道,大约需要10小时。而Tamayo等设计的模型模拟1万次轨道运转只需几分之一秒。在这几分之一秒内,他们计算出系统的10个共振动力学参数。然后训练一个机械学习样本,通过这10个特性值瞻望运转10亿次后的轨道稳定性。

这个模型被称为行星轨道构型稳定性模型(SPOCK)。SPOCK模型比以前的方法提速近十万倍,冲破了计算瓶颈。

“诚然我们还没能‘解决’行星稳定运转的普遍疑问,但SPOCK模型确实能靠得住地筛选出此中的不稳定状况,这对于描写系统稳定性相当紧张。这种新方法为我们提供了一个契机,使我们能够了解系外行星的轨道布局。”Tamayo说。

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