Астрономи розробили алгоритм машинного навчання, який передбачить, орбіти яких планет швидко стануть нестабільними. На основі моделювання комп'ютерна програма оцінює найбільш важливі орбітальні характеристики небесних тіл і з точністю 85 відсотків пророкує, чи виживуть вони через мільярд оборотів навколо зірки. На відміну від попередників, у яких на одну симуляцію йшло до 10 годин, алгоритм справляється із завданням за секунди, а в майбутньому програма зможе допомогти в пошуках потенційно придатних для життя світів. Препринт статті, прийнятої до публікації в журналі, доступний на сайті arXiv.org.
Оцінка стійкості планетарних систем - одне з найстаріших якісних завдань небесної механіки. У рамках ньютонової теорії тяжіння система двох тіл стабільна, але якщо в неї додається ще один об'єкт, це може призвести до викидання з системи одного з тіл. Головну проблему являють собою орбітальні резонанси - ситуації, коли періоди обігу двох або більше небесних тіл співвідносяться як невеликі натуральні числа. Такі резонанси зустрічаються навіть у Сонячній системі: наприклад, Сатурн і Юпітер знаходяться майже в точному резонансі 2:5 - тобто два оберти Сатурна навколо Сонця відповідають п'яти обертам Юпітера - а Плутон знаходиться в орбітальному резонансі 2:3 з Нептуном.
Астроном Даніель Тамайо (Daniel Tamayo) з Прінстонського університету разом з колегами використовували дані про орбітальні резонанси, які призводять до нестабільності системи з двох планет, для створення алгоритму машинного навчання, який передбачить нестабільність системи з трьох і більше тіл. Так як всі випадки охопити не можна, дослідники сконцентрувалися на так званих «швидких нестабільностях» - сценаріях, коли зіткнення між планетами відбуваються досить рано щодо віку системи. У роботі вчені визначали систему як стабільну, якщо вхідні в неї небесні тіла здатні здійснити 109 обертів навколо зірки і не врізатися один в одного. Така велика кількість обертів обумовлена тим, що сьогодні більшість відкритих планет знаходяться близько до своїх материнських зірок.
Астрономи згенерували 100 тисяч компактних трипланетних систем, 80 відсотків яких були використані для навчання алгоритму під назвою Stability of Planetary Orbital Configurations Klassifier (SPOCK). На першому етапі програма моделює всього десять тисяч оборотів планет навколо зірки, що значно економить обчислювальний час. На основі цих симуляцій алгоритм витягує десять основних параметрів системи, що описують резонансну динаміку, і пророкує стабільність орбіт вже протягом мільярда оборотів.
Завдяки такому підходу SPOCK визначає стабільність орбіт планет в 100 тисяч разів швидше попередніх алгоритмів. Тамайо зазначає, що, хоча він і його колеги не «вирішили» загальну проблему стабільності планет, SPOCK надійно ідентифікує швидку нестабільність в компактних системах, які, як стверджують дослідники, найбільш важливі при характеристиці стабільності планетних систем.
В останні роки штучний інтелект все частіше використовується в астрономії. З його допомогою вчені намагаються передбачати ймовірність наявності життя на екзопланетах, шукати протопланетні диски і реєструвати швидкі радіовспліски.