Wątpliwości co do „możliwego znaku życia” na Wenus pokazują jak działa nauka

To była jedna z tych „dużych, jeśli prawdziwych” historia. We wrześniu naukowcy poinformowali, że atmosfera Wenus wydaje się być nasycona fosfiną, możliwą oznaką życia.

Teraz coraz większy nacisk kładzie się na „jeśli”. Kiedy naukowcy na nowo przyglądają się danym związanym z informacjami z Wenus i dodają inne zestawy danych do mieszanki, pierwotne twierdzenie o niewytłumaczalnych ilościach fosfiny staje się wątpliwe. Wielu naukowców twierdzi, że to dobrze.

„Dokładnie tak powinna działać nauka” – mówi planetolog Paul Byrne z North Carolina State University w Raleigh, który bada Wenus, ale nie był zaangażowany w żadne prace dotyczące fosfiny. „Jest za wcześnie, aby w ten czy inny sposób powiedzieć, co oznacza ta detekcja dla Wenus”.

Oto bliższe spojrzenie na wysiłki zmierzające do przejścia od „jeśli” do „prawda”.

Wielkie roszczenie

14 września astronom Jane Greaves z Cardiff University w Walii i jej współpracownicy poinformowali, że widzieli oznaki fosfiny w chmurach Wenus przy użyciu dwóch różnych teleskopów. Fosfina wydawała się być zbyt obfita, aby istnieć bez jakiegoś źródła go uzupełniającego. Zespół powiedział, że źródłem mogą być dziwne mikroby żyjące w chmurach lub jakaś dziwna, nieznana chemia Wenus.

Greaves i jej koledzy po raz pierwszy zauważyli fosfinę za pomocą Jamesa Clerk Maxwell Telescope na Hawajach, a następnie za pomocą potężnego zestawu teleskopów ALMA w Chile. Ale te dane ALMA, a zwłaszcza sposób, w jaki były obsługiwane, są teraz kwestionowane.

Naukowcy wykorzystali ALMA, potężną sieć radioteleskopów w Chile, aby potwierdzić wykrycie fosfiny Wenus. Teraz te dane są kwestionowane. © ALMA (ESO, NAOJ, NRAO)

Czytanie danych: prawdziwe cząsteczki czy przypadkowe ruchy?

Kluczowymi obserwacjami Wenus były widma lub wykresy światła pochodzącego z planety w zakresie długości fal. Różne cząsteczki blokują lub pochłaniają światło o określonych długościach fal, więc poszukiwanie spadków w widmie może ujawnić związki chemiczne w atmosferze planety.

Fosfina pojawiła się jako spadek w widmie Wenus na około 1,12 milimetra, długość fali światła, którą uważano za absorbowaną przez cząsteczkę. Gdyby widmo Wenus można było narysować jako linię prostą na wszystkich długościach fal światła, fosfina utworzyłaby głęboką dolinę na tej długości fali.

Ale prawdziwe dane nigdy nie są tak łatwe do odczytania. W prawdziwym życiu inne źródła – od atmosfery ziemskiej po wewnętrzne działanie samego teleskopu – wprowadzają drgania – czyli „szum” – do tej ładnej linii prostej. Im większe drgania, tym mniej naukowców uważa, że ​​spadki reprezentują interesujące cząsteczki. Każdy konkretny spadek może być po prostu przypadkowym, bardzo dużym ruchem.

Ten problem staje się jeszcze gorszy, gdy patrzy się na jasny obiekt, taki jak Wenus, przez potężny teleskop, taki jak ALMA, mówi Martin Cordiner, astrochemik z Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard w Greenbelt w stanie Maryland. Cordiner używa ALMA do obserwacji innych obiektów w Układzie Słonecznym, takich jak księżyc Saturna, Tytan, ale nie był zaangażowany w prace nad Wenus.

„Powodem, dla którego te nierówności i drgania są w ogóle tutaj, jest wewnętrzna jasność Wenus, która utrudnia uzyskanie wiarygodnych pomiarów” – mówi Cordiner. „Możesz myśleć o tym jak o oślepieniu jasnym światłem: jeśli widzisz jasne światło, wtedy zdolność dostrzegania słabszych szczegółów maleje.”

Astronomowie robią więc kilka różnych rzeczy, aby wygładzić dane i pozwolić, aby prawdziwe sygnały świeciły. Jedną ze strategii jest napisanie równania opisującego drgania powodowane przez hałas. Naukowcy mogą następnie odjąć to równanie od danych, aby wyróżnić sygnał, który ich interesuje, na przykład rozmywając tło zdjęcia, aby portretowany obiekt “przebijał się”. To standardowa praktyka, mówi Cordiner.

Ale możliwe jest napisanie równania, które zbyt dobrze pasuje do szumu. Najprostszym równaniem, którego można by użyć, jest po prostu prosta, znana również jako wielomian pierwszego rzędu [first-order polynomial], opisana równaniem y = mx + b. Wielomian drugiego rzędu [second-order polynomial] dodaje termin z x do kwadratu, trzeciego rzędu z x do szcześcianu i tak dalej.

Greaves i współpracownicy zastosowali wielomian dwunastego rzędu lub równanie z dwunastoma członami (plus stałą, + b w równaniu), aby opisać szum w swoich danych ALMA.

„To był sygnał ostrzegawczy, któremu trzeba było przyjrzeć się bardziej szczegółowo, i że wyniki tego wielomianowego dopasowania mogą być niewiarygodne” – mówi Cordiner. Dojście do potęgi 12 może oznaczać, że badacz odejmie więcej szumów niż było, umożliwiając im znalezienie w danych rzeczy, których tak naprawdę nie ma.

Aby sprawdzić, czy naukowcy byli trochę nadgorliwy w ich aproksymacji wielomianowej (Polynomial regression), astrofizyk Ignas Snellena z Uniwersytetu w Leiden w Holandii i jego koledzy ponownie zastosować tę samą recepturę redukcji szumów do danych ALMA na Wenus i stwierdzono statystycznie istotny znak fosfiny, ogłosili to w artykule opublikowanym na arXiv.org 19 października.

Następnie naukowcy wypróbowali tę samą metodę filtrowania szumów na innych częściach widma Wenus, gdzie nie powinno się znaleźć żadnych interesujących cząsteczek. Znaleźli pięć różnych sygnałów cząsteczek, których tak naprawdę nie ma.

„Nasza analiza… pokazuje, że przynajmniej kilka fałszywych cech można uzyskać za pomocą ich metody, i dlatego [my] dochodzimy do wniosku, że przedstawiona analiza nie daje solidnych podstaw do wnioskowania o obecności [fosfiny] w atmosferze Wenus”, napisał zespół.

Szukam innych danych – i jeszcze nie otrzymuję pomocy

W międzyczasie naukowcy z ALMA odkryli odrębny, nieokreślony problem w danych, które zostały użyte do wykrycia fosfiny i zabrali te dane z publicznego archiwum obserwatorium w celu zbadania i ponownego przetworzenia, zgodnie z oświadczeniem Europejskiego Obserwatorium Południowego.

„Nie zdarza się to zbyt często”, mówi Martin Zwaan z Regionalnego Centrum ESO ALMA w Garching w Niemczech, ale nie jest to pierwszy taki przypadek. W przypadku wykrycia problemów standardową praktyką jest ponowne przetwarzanie danych. „W wielu przypadkach nie wpływa to znacząco na wyniki naukowe” – mówi Zwaan. „W przypadku fosfiny na Wenus ten [wynik] nie został jeszcze ustalony”.

Co mogą zrobić naukowcy czekając? Jednym z najlepszych sposobów potwierdzenia fosfiny jest zobaczenie równoważnego sygnału o innej długości fali w widmie Wenus. Niestety tam również wiadomości nie są świetne. W artykule, który ma ukazać się w Astronomy & Astrophysics, astronom Thérèse Encrenaz z Paris Observatory i współpracownicy (w tym Greaves i niektórzy inni autorzy oryginalnego artykułu) przyjrzeli się zarchiwizowanym danym ze spektrografu w podczerwieni o nazwie TEXES, który działa na Hawajach. Te obserwacje mogły dostrzec fosfinę w szczytach chmur Wenus, niższej części nieba niż to, co mogła zobaczyć ALMA.

Greaves i współpracownicy zwrócili się do Encrenaz, aby poszukać fosfiny w falach podczerwonych, zanim ukazał się oryginalny artykuł, ale te obserwacje zostały anulowane przez pandemię COVID-19. Dlatego Encrenaz przejrzała dane, które zebrała w latach 2012-2015 – i nic nie znalazła.

„Na poziomie wierzchołków chmur w ogóle nie ma [fosfiny]” – mówi Encrenaz. Niekoniecznie oznacza to, że wyżej na niebie nie ma fosfiny – po prostu nie ma jasnego wyjaśnienia, jak się tam dostało. „Rozumowanie w artykule Jane Greaves było takie, że fosfina pochodziła z chmur” – mówi Encrenaz. „Jest więc duży problem”.

„Tak właśnie wygląda nauka”.

Nadal istnieją sposoby na przedarcie się przez fosfinę Wenus. Na przykład, jeśli zmienia się w czasie, może to oznaczać, że w niektórych przypadkach astronomowie ją widzą, a w innych nie. Jednak jest za wcześnie na taki scenariusz, mówi Cordiner. „Nie ma sensu mówić o zmienności sygnału w czasie, jeśli go nie ma”.

Ale to nie jest kryzys, mówi Clara Sousa-Silva, astrochemistka z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge w stanie Massachusetts i współautorka oryginalnej pracy. Inne grupy kwestionujące odkrycie „jest całkowicie normalne i to, czego oczekiwałam (nie, miałam nadzieję) się wydarzy” – napisała w e-mailu. „Zwykle jest to faza projektu, który mi się podoba i mam nadzieję, że ludzie zdadzą sobie sprawę, że tak właśnie wygląda nauka”.

Dobra passa w tym wszystkim polega na tym, że ludzie są podekscytowani Wenus, mówi Byrne, który jest członkiem Venus Exploration Analysis Group NASA.

„Te dokumenty zapewniają dużą wartość i niezbędną ocenę tych niezwykłych twierdzeń” – mówi. „Chociaż, to rzuciło światło na to, jak mało wiemy o Wenus. A jedyny sposób, w jaki otrzymamy te odpowiedzi, to udanie się na Wenus ”.

Źródło: Lisa Grossman

I.A.G. Snellen et al. Re-analysis of the 267-GHz ALMA observations of Venus: No statistically significant detection of phosphine. arXiv:2010.09761. Posted October 19, 2020.

T. Encrenaz et al. A stringent upper limit on the PH3 abundance at the cloud top of VenusAstronomy & Astrophysics, in press, 2020. doi:10.1051/0004-6361/202039559.

Zdjęcia: M. KORNMESSER/ESO, CALTECH/JPL/NASA

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x