Искусственный интеллект предсказывает планетным системам жизнь или смерть

Многопланетные системы далеко не всегда являются стабильными.

Многопланетные системы далеко не всегда являются стабильными.
Иллюстрация NASA.

Трёхпланетная система Kepler-431. Слева показаны варианты орбит, согласующиеся с наблюдениями. Справа - орбиты, выбранные искусственным интеллектом в качестве стабильных.

Трёхпланетная система Kepler-431. Слева показаны варианты орбит, согласующиеся с наблюдениями. Справа - орбиты, выбранные искусственным интеллектом в качестве стабильных.
Иллюстрация Daniel Tamayo.

Многопланетные системы далеко не всегда являются стабильными.
Трёхпланетная система Kepler-431. Слева показаны варианты орбит, согласующиеся с наблюдениями. Справа - орбиты, выбранные искусственным интеллектом в качестве стабильных.

Новый искусственный интеллект определяет, будут ли планеты мирно двигаться по своим орбитам в течение миллиардов лет или вскоре столкнутся друг с другом. Этот инструмент поможет астрономам лучше изучить сотни уже обнаруженных многопланетных систем и понять, какие из них могут быть колыбелью жизни.

Разработка описана в научной статье, принятой к публикации в журнал PNAS. Пока же можно ознакомиться с её препринтом.

Опасность взаимного влечения

На движение планеты вокруг звезды влияет не только гравитация светила, но и притяжение соседних планет. К слову, именно благодаря этому явлению астрономы в XIX веке открыли Нептун: они обнаружили некую странность в орбитальном движении Урана и поняли, что у того есть сосед. А сегодня некоторые специалисты заявляют о существовании на окраинах Солнечной системы неизвестной крупной планеты, искажающей траектории небольших небесных тел. (Впрочем, этот вывод не является общепринятым).

Но последствия такого взаимного притяжения могут быть и катастрофическими (всё как у людей). Из-за него планеты могут кардинально менять орбиты, сталкиваться друг с другом, падать на родительскую звезду или вылетать из системы подобно бильярдным шарам. Эту проблему осознавал ещё первооткрыватель закона всемирного тяготения Ньютон. Между прочим, гений полагал, что стабильные орбиты миров Солнечной системы обеспечены прямым вмешательством Творца.

Шансы на жизнь

Нынешние учёные обходятся без теологических аргументов. Помимо всего прочего, им, в отличие от Ньютона, известны сотни многопланетных систем. И некоторые из них демонстрируют явные следы былых катастроф (к слову, семья Солнца не исключение).

С точки зрения современной науки ситуация с устойчивостью планетных систем напоминает известный анекдот: "Мы считаем, что дельфины толкают утопающих к берегу, поскольку те, кого дельфины толкали от берега, не могут об этом рассказать". Иными словами, мы видим миры исключительно на стабильных орбитах, потому что планеты с нестабильными траекториями либо давно погибли, либо сменили пути на стабильные.

И мы можем использовать этот факт, чтобы уточнить плохо известную траекторию далёкой планеты. Когда есть множество вариантов орбиты, согласующихся с наблюдениями, следует выбирать устойчивый.

Тут стоит вспомнить, что от формы орбиты экзопланеты зависит количество тепла, получаемого ею от родительской звезды. А от массы планеты (ещё один фактор устойчивости орбиты) – её возможный химический состав. Понятно, что вся эта информация важна для поиска потенциально обитаемых миров.

Таким образом, мы должны рассчитать траекторию, которая обеспечивает выживание самой экзопланете, и тогда мы сможем понять, может ли на её поверхности зародиться жизнь.

Трёхпланетная система Kepler-431. Слева показаны варианты орбит, согласующиеся с наблюдениями. Справа – орбиты, выбранные искусственным интеллектом в качестве стабильных.

Островки стабильности в морях хаоса

Но как отличить стабильные наборы орбит от потенциально нестабильных? Нужно смоделировать движение планет в системе в течение миллиардов оборотов вокруг звезды и их влияние друг на друга. Однако даже у современного компьютера такие расчёты отнимают десятки часов.

Авторы нового исследования представили систему, которая значительно упрощает дело. Требуется воспроизвести лишь десятки тысяч оборотов вокруг светила, что занимает всего несколько секунд. Затем за дело берётся искусственный интеллект. Он анализирует результаты такого моделирования и выдаёт свой вердикт: останется система стабильной или нет.

Своё детище учёные назвали SPOCK. Это аббревиатура от сочетания stability of planetary orbital configurations klassifier ("классификатор стабильности конфигураций планетных орбит"). В то же время это название – явная отсылка к имени исключительно умного персонажа культового сериала "Звёздный путь".

Пока "Спок" не может спрогнозировать судьбу планетной системы на миллиарды лет вперёд. Но он успешно выявляет конфигурации орбит, которые приведут к катастрофе уже через несколько миллионов лет (а большинство потенциально нестабильных систем имеют именно такой срок жизни). Авторы обучили искусственный интеллект на выборке из ста тысяч смоделированных трёхпланетных систем и убедились, что он успешно справляется с этой задачей.

Исследователи уже применили новый инструмент для того, чтобы уточнить орбиты планет далёкой звезды Kepler-431. Из множества вариантов, согласующихся с наблюдениями, "Спок" выбрал конфигурацию, которая обеспечивает системе стабильность.

Между прочим, астрономы предоставили свободный доступ к своей программе для всех желающих, чтобы любой учёный мог воспользоваться плодами их труда.

Добавим, что ранее Вести.Ru рассказывали о самой гармоничной планетной системе. Писали мы и о том, как астрономы впервые обнаружили взаимодействующие друг с другом планеты с помощью наземных телескопов.