image contrasting orbits consistent with observations (superimposed) 和 With stability constraints 在 the Kepler-431 System

人工智能预测哪些行星系统将生存

2020年7月13日下午3点

而三颗行星都在开普勒-431系统被检测到,鲜为人知的是,它们的轨道。左侧是大量的每个行星的轨道叠加是与观测相一致的。在右边,丹尼尔·塔马约已删除,将已经发生碰撞的不稳定的配置从普林斯顿大学的计算机模型(斯波克)的。与以前的方法做这将需要超过一年的计算时间。与斯波克,它需要14分钟。 

为什么不行星更经常发生冲突?怎么办行星系统 - 就像其他恒星周围的太阳系或多行星系统 - 组织起来?的所有可能的方式行星的轨道上运行,有多少配置将保持稳定在几十亿年的恒星的生命周期?

拒绝大范围的不稳定的可能性 - 所有这些会导致冲突的配置 - 将离开在其他恒星周围的行星系统的更清晰的视图落后,但它不是那么容易,因为它的声音。

“从不稳定的配置分离稳定原来是一个迷人的和残酷困难的问题,”说 丹尼尔·塔马约,美国宇航局的哈勃奖学金计划萨根同胞 天体物理科学 在普林斯顿。确保行星系统是稳定的,天文学家需要在几十亿年来计算多个交互的行星的运动和检查稳定性每个可能的配置 - 一个计算望而却步的任务。

因为艾萨克·牛顿天文学家们按倒与轨道稳定性的问题,但在斗争促成了许多数学革命,包括微积分和混沌理论,都没有找到一种方法,理论上预测稳定的配置。现代天文学家还是要“蛮力”的计算,尽管超级计算机代替算盘或计算尺。

塔马约意识到,他可以通过行星的动态交互的简化模型与机器学习相结合的方法加速这一进程。这使得不稳定的轨道结构的巨大的大片迅速消除 - 计算方法,将采取的数万个小时,现在只需几分钟来完成。他是一个主要作者 详细介绍了科学的国家科学院院刊的方法。共同作者包括研究生 英里克兰默戴维·斯皮尔热尔,普林斯顿大学的查尔斯。在1897年班的基础上,退休的天文学的年轻教授。

对于大多数的多行星系统,有很多的轨道配置是可能给目前的观测数据,其中并非所有的将是稳定的。许多配置,在理论上是可能会“很快” - 也就是,在太多数百万不是年 - 叫板到交叉轨道的纠结。目标是排除那些所谓的“快不稳定性。”

“我们不能断然说‘这个系统将是好的,但一个即将炸毁’,”塔马约说。 “的目标,而不是是,对于一个给定的系统,排除一切早就发生了碰撞不稳定的可能性,并在现今社会是不可能存在的。”

而不是模拟的十亿轨道定配置 - 传统的蛮力的方法,这将需要约10小时 - 塔马约的模式,而不是模拟10,000轨道,其只需要几分之一秒。从这个小片段,他们计算出10个概括指标,采集系统的共振动态。最后,他们训练的机器学习算法从这些10个大功能预测的配置是否会保持稳定,如果他们让它继续下去了一个十亿轨道。

“ - klassifier行星轨道配置的稳定性 - 部分是因为该模型确定是否系统将‘很长很精彩,’我们所谓的模型斯波克”塔马约说。

斯波克决定行星的配置约10万次的长期稳定性比以前的方法快,突破计算瓶颈。塔马约警告说,他和他的同事们都没有“解决”行星稳定性的普遍问题,斯波克并可靠地鉴别在紧凑的系统,他们认为在试图做的稳定性约束特征的最重要的快速不稳定性。

“这种新方法将提供更清晰的窗户进入超出了我们自己的行星系统的轨道结构,”塔马约说。

但究竟有多少行星系统有哪些?是不是我们的太阳系中唯一一个?

在过去的25年中,天文学家已经发现4000多个行星围绕其他恒星运转,其中近一半是在多行星系统。但由于小的系外行星是极具挑战性的检测,我们仍然有其轨道结构的不完整的画面。

“超过700分,目前已知有两个或两个以上的行星环绕在他们身边,说:”教授 迈克尔·斯特劳斯,天体物理科学的普林斯顿大学的系主任。 “丹和他的同事们发现,探索这些多行星系统的动力学一种全新的方式,加快由10万因素,使模型所需的计算机时间。这一点,我们可以希望详细了解全方位的太阳能系统架构的这种性质允许。”

斯波克是制作一些隐隐的感觉特别有帮助,最近由开普勒望远镜发现远处遥远的行星系统,说杰西克里斯蒂安森,与NASA的系外行星归档谁没有参与这项研究的天体物理学家。 “很难与我们目前的手段来约束自己的属性,”她说。 “是他们的岩石行星,冰巨人,或巨型气体行星?或新的东西?这个新工具将使我们能够排除潜在的行星组成,构成这将是动态的不稳定 - 这让我们做更精确和大得多的规模比以前可用“。

预测紧凑型多行星系统的长期稳定”由Daniel TAMAYO,英里克兰默,塞缪尔哈登,汉诺缰绳,彼得Battaglia的,alysa obertas,菲利普Ĵ。阿米蒂奇,雪莉浩,戴维·斯皮尔热尔,基督教吉尔伯特,naireen侯赛因,ARI silburt,丹尼尔jontof,胡特和克里斯汀menou,出现在科学国家科学院(DOI的程序的当前问题: 10.1073 / pnas.2001258117)。由美国宇航局哈勃奖学金(补助HST-hf2-51423.001-A)由空间望远镜科学研究所授予塔马约的研究得到了支持。