为什么行星碰撞的频率不高?行星系统——比如我们的太阳系或围绕其他恒星的多行星系统——是如何组织起来的?在行星运行的所有可能方式中，有多少种结构能在一颗恒星数十亿年的生命周期中保持稳定?

 

排除大范围的不稳定可能性——所有可能导致碰撞的构型——会让我们对其他恒星周围的行星系有更清晰的认识，但这并不像听起来那么容易。

 

“将稳定的结构与不稳定的结构分离出来，原来是一个迷人而又极其困难的问题，杏耀客服”丹尼尔·塔马约(Daniel Tamayo)说，他是美国宇航局哈伯奖学金项目萨根(Sagan)的普林斯顿天体物理科学研究员。为了确保一个行星系是稳定的，天文学家需要计算出数十亿年来多个相互作用的行星的运动，并检查每种可能的结构是否稳定——这在计算上是难以做到的。

 

自艾萨克·牛顿(Isaac Newton)以来，天文学家一直在努力解决轨道稳定性的问题，但尽管这场斗争推动了许多数学革命，包括微积分和混沌理论，但还没有人找到一种方法，从理论上预测轨道的稳定构型。现代天文学家仍然需要“强力”计算，尽管使用的是超级计算机，而不是算盘或计算尺。

 

Tamayo意识到，他可以通过将简化的行星动态交互模型与机器学习方法相结合来加速这一过程。这样就可以快速消除大量不稳定的轨道结构——原本要花费数万小时的计算现在只需几分钟就能完成。他是《美国国家科学院院刊》上一篇详细阐述该方法的论文的第一作者。共同作者包括研究生迈尔斯·克兰默(Miles Cranmer)和大卫·斯珀格尔(David Spergel)。斯珀格尔是普林斯顿大学1897届天文学教授查尔斯·a·杨(Charles A. Young)，退休。

 

对于大多数多行星系统来说，根据目前的观测数据，有许多轨道配置是可能的，但并非所有的都是稳定的。许多理论上可能的构型会“很快”——也就是说，在不超过数百万年的时间里——变得不稳定，形成一团乱成一团的交叉轨道。其目的是排除所谓的“快速不稳定”。

 

“我们不能肯定地说，‘这个系统没问题，但那个系统很快就会爆炸，’”Tamayo说。“我们的目标是，对于一个给定的系统来说，排除所有不稳定的可能性，这些不稳定的可能性已经发生了碰撞，在今天不可能存在。”

 

传统的强力模拟方法需要大约10个小时才能模拟出10亿次轨道，而Tamayo的模型只需要不到一秒的时间就能模拟出1万次轨道。从这个简短的片段中，他们计算出了捕获系统共振动力学的10个概要指标。最后，他们训练了一个机器学习算法，通过这10个特征来预测如果他们让它继续运行到10亿次轨道，它的结构是否会保持稳定。

 

“我们称这个模型为SPOCK——行星轨道配置的稳定性Klassifier——部分是因为这个模型决定了系统是否会‘长寿和繁荣’， 杏耀手机挂机软件介绍 ，”Tamayo说。

 

斯波克确定行星结构的长期稳定性比之前的方法快10万倍，打破了计算瓶颈。Tamayo警告说，虽然他和他的同事们还没有“解决”行星稳定性的普遍问题，但SPOCK确实可靠地识别出了紧凑系统中的快速不稳定性，他们认为这是在尝试进行稳定性约束表征时最重要的。

 

Tamayo说:“这种新方法将为我们提供一扇更清晰的窗户，让我们得以了解我们以外的行星系统的轨道结构。”

 

但是有多少行星系呢?我们的太阳系不是唯一的吗?