金星生命记号,竟是数据处理错了?科学家们用论文“锤”论文

时间:2020-11-13 作者:admin

原标题:金星生命记号,竟是数据处理错了?科学家们用论文“锤”论文

470摄氏度,90倍地球大气压,下的“雨”都是硫酸,这样的金星竟然会有“生命记号”?别说很多吃瓜群众不信,不少科学家们也提出了质疑。

自9月14日英国卡迪夫大学、剑桥大学、曼彻斯特大学、美国麻省理工学院等机构联合在《自然-天文学》(Nature Astronomy)上发表了题为《金星云层中的磷化氢气体》(Phosphine gas in the cloud decks of Venus)的爆炸性论文(下称“原论文”)后,地球人冷落了很久的这个邻居热度直升,同时,泼冷水的也大有人在。

科学界最光明正大的较量,就是用论文来回击论文。ArXiv这个科学家们在发表论文前预先上传草稿的网站,成了“有理有据”交火的主战场。

10月19日、10月27日、10月28日,ArXiv上陆续出现了三篇反驳原论文的文章,分别来自一个荷兰团队、美国国家航空航天局(NASA)团队和一名英国教授。

三篇反对文章的破论点基本上相同,直指原论文的数据处理方式不妥,容易造成虚假结果。他们使用独立的分析工具对望远镜原数据户进行重新检验后,先别说金星的“生命记号”是否来自于生命,该“记号”本身就不再存在了。

要知道,现代的天文学家已经不是在直接“看星星”,而是在“看数据”。望远镜并非像相机一样直接拍出星星的照片,而是传输海量的光谱数据。天文学家们要做的,就是埋头在这些数据里挖掘蛛丝马迹,看看能不能讲出一个符合某种理论模型、同时逻辑上也讲得通的故事。

这里面涉及到复杂的数据处理过程,最终数据和故事的匹配程度,统计学会给出评估。达到了一定的数学标准,才能算得上一个可靠的故事。

那么,原论文到底是讲了一个怎样的“故事”呢?

原论文的说法

简单来说,我们可以想象光谱就像一把梳子,每个梳齿依次代表不同频率的光波。

当这把梳子“梳”过金星的大气层,里面的一些化学物质会吸收特定频率的光波,把那几根对应的梳齿折断了一些。

所以,科学家们观察一下最后梳子上断了哪几根梳齿,缺失的长度有多少,就可以推理出金星大气层上有哪些化学物质,含量有多少。

原论文发现,是267吉赫兹(GHz)这根“梳齿”缺了很明显的一部分。他们认为,这根梳齿对应着的化学物质是磷化氢(PH3)。

同为氧族氢化物,磷化氢和更为著名的硫化氢一样恶臭且剧毒,为什么可以作为一种“生命记号”呢?

原来,人类目前只在太阳系大型气态行星的高温高压大气层深处找到过磷化氢,而岩石星球高度氧化的表面和大气层会快速破坏掉磷化氢。

例如,在我们的地球上,磷化氢的产生只与人类工业生产或厌氧微生物活动相关。

而从光谱的缺失程度来估算,金星云层中的磷化氢丰度为20ppb,即每十亿个分子中有二十个磷化氢分子。

原论文写道:“穷尽稳态化学和光化学路径分析,金星磷化氢的存在难以解释。金星大气层、云层、地面、底下、闪电、火山或陨石传输都没有已知的非生物产生方式。”

根据模拟,在金星的温度和浓度下,光化学路径要产生这个浓度等级的磷化氢气体,反应速率还差了4到6个数量级。

也就是说,金星上的磷化氢浓度难以人类现有的化学知识解释,这不仅暗示着金星云层中有生命存在,而且可能是活着的生命,还在源源不断地产生磷化氢,以抵消快速分解的过程。

论文得出结论:“磷化氢可能来自未知的光化学或地质化学过程,或是生命,类似于地球上的生物源磷化氢。”

反方的声音

尽管原论文的结论下得很谨慎,并没有直接说金星上有生命。但退一步讲,这个磷化氢信号真的存在吗?

原论文所用的数据来自两台毫米波(30GHz至300GHz)/亚毫米波的望远镜,分别是位于夏威夷的麦克斯韦望远镜(JCMT)和位于智利的阿塔卡玛望远镜(ALMA)。

10月19日,荷兰莱顿大学观测天体物理学教授Ignas Snellen等四名荷兰学者率先在ArXiv上传第一“锤”:《对金星267兆赫ALMA观测结果的再分析:未显著探测到磷化氢》(Re-analysis of the 267-GHz ALMA observations of Venus No statistically significant detection of phosphine),

 “锤”的是对ALMA数据的处理方式。

该团队认为,原论文用以拟合频谱通带部分的12阶多项式会导致虚假结果。用这种“配方”的话,还可以制造出其他5种强信号。

荷兰团队用自己的方法重新处理ALMA数据后,磷化氢信号的可靠度就只有2σ,达不到统计学的通常要求了。一言以蔽之,荷兰团队用上他们认为更靠谱的数据处理方法后,ALMA望远镜提出的267GHz信号不能说明是来自磷化氢的。

论文中还注释称,原论文作者们已经通知大家,对ALMA数据处理脚本进行了更新。与此同时,ALMA科学档案的数据也正在进行相同的校正。经重新处理后的数据不再包括原论文报告的强波纹,与荷兰团队的发现相印证。

10月28日,英国赫特福德大学教授马克·汤普森(Mark Thompson)在ArXiv上传了一篇题为《金星267赫兹JCMT观测结果的统计可靠性:没有磷化氢吸收的显著证据》(The statistical reliability of 267 GHz JCMT observations of Venus: No significant evidence for phosphine absorption)的文章。

他质疑JCMT数据结果的点和荷兰团队质疑ALMA数据结果的点完全相同,就是多项式拟合。汤普森发现,多项式拟合过程也会导致JCMT光谱数显假阳性结果。因此,JCMT金星光谱中并没有明显的磷化氢吸收证据。

美国国家航空航天局科学家Geronimo Villanueva等27人长传的文章标题更简洁直接:《金星大气中没有磷化氢》(No phosphine in the atmosphere of Venus)。

由于“严重的基线校准问题”,NASA团队认为ALMA数据中的磷化氢信号是无效的。他们同样经使用了不同的分析工具进行独立的校准和分析,没有观察到磷化氢的踪迹。

JCMT望远镜观测到的所谓的磷化氢特征可以通过中等丰度(约100 ppbv)的二氧化硫来解释,而后者更为常规合理。

此外,如果ALMA或者JCMT望远镜中的信号确实是磷化氢,那磷化氢必须出现在70公里以上的高度,与它们的光化学网络完全不符。

热度PK冷水

值得一提的是,NASA团队已在10月21日将文章发送给原论文第一作者Jane Greaves及《自然-天文学》编辑Luca Maltagliati。10月26日又投向了《自然-天文学》的“续议事项”(Matters Arising)版块。

“续议事项”是《自然》在2018年底上线的板块,如果对此前《自然》发表过的论文出现特别有趣、及时的同行评论或阐释,即可以“续议事项”的形式刊登。与此同时,被评论原文的作者获得一次回复机会。如果编辑部认为该回应“建设性地推进了讨论”,就会将回复文章与“续议事项”文章同期发表。

荷兰团队和汤普森则已分别将论文投递给《天文与天体物理》(Astronomy & Astrophysics,A&A)和《英国皇家天文学会月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,MNRAS),都是天体物理学领域的顶级期刊。

看来,“金星生命记号”这个吸引人的科学话题,很快就会正式开播“第二季”。