Новият модел SPOCK отнема 14 минути за изчисление движението на планетите
Защо планетите не се сблъскват по-често? Как се организират планетарните системи, като нашата слънчева? Има ли многопланетни системи около други звезди? Каква е точната конфигурация на движение, която позволява те да останат стабилни през милиардите години от жизнения си цикъл?
Тези и много други подобни въпроси изискват сложни и трудоемки изчисления. Отхвърлянето на голям брой възможни конфигурации, които биха довели до сблъсъци, оставят след себе си по-ясен изглед за планетарните системи около другите звезди. Отделянето на стабилните от нестабилните конфигурации се оказва изключително сериозен проблем. За да се уверят, че една планетарна система е стабилна, астрономите трябва да изчислят движенията на множество взаимодействащи си космически обекти за милиарди години напред и да проверят всяка възможна позиция. Все още се задоволяваме със сравнително груби изчисления, макар да разполагаме с точните данни от суперкомпютрите.
Изследователите установиха, че могат да ускорят процеса, като комбинират опростени модели за динамични взаимодействия на планетите с методите на машинно обучение. Това позволява елиминирането на огромен набор от нестабилни орбитални конфигурации. Изчисленията, които биха отнели десетки хиляди часове, вече могат да бъдат направени за минути.
За повечето планетни системи има много орбитални конфигурации, които са възможни. Не всички от тях обаче ще бъдат стабилни. Вместо да симулира дадена конфигурация за милиард орбити, новият модел симулира 10 000 орбити, което отнема само част от секундата. От този кратък фрагмент те изчисляват 10 обобщени показателя, които улавят резонансната динамика на системата. В последствие алгоритъм за машинно обучение предсказва, коя от тези конфигурации ще остане стабилна.
Моделът SPOCK
Класификаторът на стабилността на планетарните орбитални конфигурации може да определя, колко дълго ще живеят системите. SPOCK изчислява дългосрочната стабилност на планетарните комбинации около 100 000 пъти по-бързо от предишния подход. Макар учените да не са разрешили общия проблем за планетарна стабилност, SPOCK надеждно идентифицира бързите нестабилности в компактните системи, които са най-важни при опитите да се характеризиране движението и живота на една планета.
Този нов метод ще предостави по-ясен поглед в орбиталните архитектури на планетарните системи извън нашите собствени. През последните 25 години астрономите са открили повече от 4000 планети в орбита на други звезди, от които почти половината са многопланетни. Но тъй като малките екзопланети са изключително предизвикателни за откриване, все още имаме непълна картина на орбиталните им конфигурации.
Известно е, че повече от 700 звезди имат две или повече планети около себе си. Новият начин изследва динамиката на тези системи и намалява времето необходимо за изработване на модели. Това може да доведе до подробно разбиране пълния набор от структури на слънчевата система, които съществуват.
SPOCK е особено полезен за осмисляне на някои от далечните планетарни системи. Те разполагат със скалисти планети, ледени гиганти или газови гиганти, а може би нещо ново, което все още не сме открили. Този нов инструмент ще позволи да се изключат потенциалните планетни композиции и конфигурации, които биха били динамично нестабилни. Сега това може да бъде направено по-прецизно и в значително по-голям мащаб, отколкото беше възможно.
