普林斯顿大学 虽然在开普勒-431系统中已经探测到三颗行星，但对它们的轨道形状知之甚少
左边是每颗行星的大量叠加轨道，与观测一致
由普林斯顿大学的丹尼尔·塔马约领导的一个国际天体物理学家小组移除了所有不稳定的配置，这些配置可能已经发生碰撞，今天无法观测到
用以前的方法做这件事需要一年多的计算机时间
他们的新型号SPOCK需要14分钟
信用:丹尼尔塔马约 为什么行星碰撞不更频繁？行星系统——像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？在行星围绕轨道运行的所有可能方式中，有多少种配置会在恒星生命周期的数十亿年中保持稳定？ 拒绝大范围的不稳定可能性——所有可能导致碰撞的配置——会留下一个围绕其他恒星的更清晰的行星系统视图，但这并不像听起来那么容易
“将稳定态和不稳定态分开是一个有趣而又极其困难的问题，”丹尼尔·塔马约说，他是美国宇航局哈勃太空望远镜项目的萨甘研究员，在普林斯顿大学从事天体物理学研究
为了确保一个行星系统是稳定的，天文学家需要计算数十亿年来多个相互作用的行星的运动，并检查每个可能的配置的稳定性——这是一项计算上令人望而却步的任务
自艾萨克·牛顿以来，天文学家一直在努力解决轨道稳定性问题，但尽管这场斗争促成了许多数学革命，包括微积分和混沌理论，但没有人找到从理论上预测稳定构型的方法
现代天文学家仍然不得不“强行”进行计算，尽管使用的是超级计算机而不是abaci或计算尺
Tamayo意识到，他可以通过将行星动态相互作用的简化模型与机器学习方法相结合来加速这一过程
这可以快速消除大量不稳定的轨道配置——原本需要数万小时的计算现在可以在几分钟内完成
他是《美国国家科学院院刊》上一篇详细介绍这种方法的论文的主要作者
合著者包括普林斯顿大学的查尔斯·阿的研究生迈尔斯·克兰默和大卫·斯珀格尔
荣誉退休的1897年基础班年轻天文学教授
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
许多理论上可能的配置会“很快”——也就是说，在不到数百万年的时间里——变得不稳定，进入交叉轨道的混乱状态
目标是排除那些所谓的“快速不稳定性”
" “我们不能直截了当地说‘这个系统会好起来的，但是那个系统很快就会爆炸’”塔马约说
“相反，我们的目标是，对于一个给定的系统，排除所有不稳定的可能性，这些不稳定的可能性已经发生碰撞，并且在今天不可能存在
" Tamayo的模型不是模拟十亿个轨道的给定配置——传统的强力方法需要大约10个小时——而是模拟一万个轨道，只需要几分之一秒
从这个简短的片段中，他们计算出了10个总结指标，这些指标捕捉了系统的共振动力学
最后，他们训练一种机器学习算法，从这10个特征中预测如果让它继续运行到10亿个轨道，配置是否会保持稳定
“我们称模型为SPOCK——行星轨道配置的稳定性——部分是因为该模型决定了系统是否会‘长寿和繁荣’”塔马约说
SPOCK确定行星配置的长期稳定性比以前的方法快大约100，000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”行星稳定性的一般问题，但SPOCK确实可靠地识别了紧凑系统中的快速不稳定性，他们认为这是试图进行稳定性约束表征时最重要的。
“这种新方法将提供一个更清晰的窗口，让我们了解超越我们自身的行星系统的轨道结构，”塔马约说
但是有多少个行星系统呢？不是只有我们太阳系吗？ 在过去的25年里，天文学家已经发现了4000多颗围绕其他恒星运行的行星，其中几乎一半是多行星系统
但是由于小的系外行星极难探测，我们对它们的轨道结构仍有不完整的了解
“现在已知700多颗恒星周围有两个或更多的行星，”普林斯顿大学天体物理科学系主任迈克尔·施特劳斯教授说
“丹和他的同事发现了一种探索这些多行星系统动力学的全新方法，将制作模型所需的计算机时间加快了10万倍
有了这些，我们可以希望详细了解大自然允许的所有太阳系建筑
" 美国宇航局太阳系外行星档案馆的天体物理学家杰西·克里斯汀森没有参与这项研究，他说，斯波克对于理解开普勒望远镜最近发现的一些微弱、遥远的行星系统特别有帮助
“用我们目前的工具很难限制它们的属性，”她说
“它们是岩石行星、冰巨人还是气体巨人？还是新东西？这个新工具将允许我们排除潜在的动态不稳定的行星组成和配置——它让我们比以前更精确、更大规模地做到这一点
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