Îndoielile cu privire la un „semn posibil de viață” pe Venus arată cum funcționează știința

A fost una dintre acele povești „mari, dacă adevărate”. În septembrie, oamenii de știință au raportat că atmosfera lui Venus pare să fie împletită cu fosfină, un posibil semn de viață.

Acum se pune tot mai mult accent pe „dacă”. Pe măsură ce oamenii de știință aruncă o privire nouă asupra datelor din spatele anunțului Venus și adaugă alte seturi de date la amestec, afirmația inițială privind cantitățile inexplicabile de fosfină este pusă la îndoială. Și acesta este un lucru bun, spun mulți oameni de știință.

„Așa ar trebui să funcționeze știința”, spune omul de știință planetar Paul Byrne de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord din Raleigh, care studiază Venus, dar nu a fost implicat în niciuna dintre lucrările cu fosfină. „Este prea devreme pentru a spune într-un fel sau altul ce înseamnă această detectare pentru Venus.”

Iată o privire mai atentă asupra eforturilor de a trece de la „dacă” la „adevărat:”

Marea revendicare

Pe 14 septembrie, astronomul Jane Greaves de la Universitatea Cardiff din Țara Galilor și colegii lor au raportat că au văzut semne de fosfină în norii lui Venus folosind două telescoape diferite (SN: 14/09/2020). Fosfina părea a fi prea abundentă pentru a exista fără un fel de sursă care să o reumple. Acea sursă ar putea fi microbi ciudați care trăiesc în nori sau vreo chimie ciudată venusiană necunoscută, a spus echipa.

Greaves și colegii au observat pentru prima dată fosfină cu telescopul James Clerk Maxwell din Hawaii și au urmat cu puternicul telescop ALMA din Chile. Dar acele date ALMA, și în special modul în care au fost tratate, sunt acum puse sub semnul întrebării.

ALMA
Oamenii de știință au folosit ALMA, o matrice puternică de radiotelescoape din Chile, pentru a confirma detectarea fosfinei lui Venus. Acum acele date sunt puse la îndoială.© ALMA (ESO, NAOJ, NRAO)

Citirea datelor: molecule reale sau mișcări aleatorii?

Observațiile cheie ale lui Venus au fost spectre sau diagrame ale luminii venite de pe planetă într-o gamă de lungimi de undă. Diferitele molecule blochează sau absorb lumina la anumite lungimi de undă, astfel încât căutarea unor scăderi într-un spectru poate dezvălui substanțele chimice din atmosfera unei planete.

Fosfina a apărut ca o scădere în spectrul lui Venus la aproximativ 1,12 milimetri, o lungime de undă a luminii pe care se credea că o absoarbe molecula. Dacă spectrul lui Venus ar putea fi trasat ca o linie dreaptă pe toate lungimile de undă ale luminii, fosfina ar forma o vale adâncă la acea lungime de undă.

Dar datele reale nu sunt niciodată atât de ușor de citit. În viața reală, alte surse – de la atmosfera Pământului până la funcționarea interioară a telescopului în sine – introduc mișcări sau „zgomot” în acea linie dreaptă frumoasă. Cu cât mișcările sunt mai mari, cu atât oamenii de știință cred mai puțin că dipsurile reprezintă molecule interesante. Orice scufundare specială ar putea fi în schimb doar o mișcare aleatorie, foarte mare.

Această problemă se înrăutățește și atunci când se uită la un obiect luminos, cum ar fi Venus, cu un telescop puternic precum ALMA, spune Martin Cordiner, astrochimist la Goddard Space Flight Center al NASA din Greenbelt, Md. Cordiner folosește ALMA pentru a observa alte obiecte din sistemul solar. precum Titan, luna lui Saturn, dar nu a fost implicat în lucrarea lui Venus.

„Motivul pentru care acele denivelări și zgâcniri sunt aici este din cauza luminozității intrinseci a lui Venus, ceea ce face dificilă obținerea unei măsurători fiabile”, spune Cordiner. „Ați putea crede că este orbită de o lumină strălucitoare: dacă există o lumină strălucitoare în viziunea voastră, atunci capacitatea dumneavoastră de a identifica detalii mai slabe devine diminuată.”

Așa că astronomii fac câteva lucruri diferite pentru a netezi datele și a lăsa semnalele reale să strălucească. O strategie este să scrieți o ecuație care să descrie mișcările cauzate de zgomot. Oamenii de știință pot apoi scădea acea ecuație din date pentru a evidenția semnalul de care sunt interesați, cum ar fi înfundarea fundalului unei fotografii pentru a lăsa un subiect portret să apară. Aceasta este o practică standard, spune Cordiner.

Dar este posibil să scrieți o ecuație care se potrivește prea bine cu zgomotul. Cea mai simplă ecuație pe care o poate folosi este doar o linie dreaptă, cunoscută și ca polinom de ordinul întâi, descrisă de ecuație y=mx+b. Un polinom de ordinul doi adaugă un termen cu X pătrat, de ordinul trei cu X cuburi și așa mai departe.

Greaves și colegii au folosit un polinom de ordinul al doisprezecelea sau o ecuație cu doisprezece termeni (plus o constantă, +b în ecuație), pentru a descrie zgomotul în datele lor ALMA.

„Acesta a fost un semnal roșu că acest lucru trebuia analizat mai în detaliu și că rezultatele acestei potriviri polinomiale ar putea fi nedemne de încredere”, spune Cordiner. A ajunge până la puterea lui 12 ar putea însemna că un cercetător scade mai mult zgomot decât este cu adevărat aleatoriu, permițându-i să găsească în date lucruri care nu sunt cu adevărat acolo.

Pentru a vedea dacă cercetătorii au fost puțin prea zeloși în potrivirea lor polinomială, astrofizicianul Ignas Snellen, de la Universitatea Leiden din Țările de Jos, și colegii săi au aplicat din nou aceeași rețetă de reducere a zgomotului la datele ALMA de pe Venus și nu au găsit niciun semn semnificativ statistic de fosfină, raportează ei. într-o lucrare postată pe arXiv.org pe 19 octombrie.

Apoi, cercetătorii au încercat aceeași filtrare a zgomotului pe alte părți ale spectrului lui Venus, unde nu ar trebui găsite molecule interesante. Au găsit cinci semnale diferite de molecule care nu sunt cu adevărat acolo.

„Analiza noastră… arată că cel puțin o mână de caracteristici false pot fi obținute cu metoda lor și, prin urmare [we] concluzionăm că analiza prezentată nu oferă o bază solidă pentru a deduce prezența [phosphine] în atmosfera lui Venus”, a scris echipa.

Caut alte date – și nu primesc ajutor încă

Între timp, oamenii de știință de la ALMA au descoperit o problemă separată, nespecificată în datele care au fost utilizate pentru a detecta fosfina și au luat acele date din arhiva publică a observatorului pentru a le analiza și reprocesa, potrivit unui comunicat al Observatorului European de Sud, din care ALMA este un parte.

„Acest lucru nu se întâmplă foarte des”, spune Martin Zwaan de la Centrul Regional ESO ALMA din Garching, Germania, dar aceasta nu este o premieră. Când sunt descoperite probleme, este o practică standard să reproceseze datele. „În multe cazuri, nu afectează în mod semnificativ rezultatele științei”, spune Zwaan. „În cazul fosfinei de pe Venus, asta [outcome] nu a fost încă stabilit.”

Ce pot face oamenii de știință în timp ce așteaptă? Una dintre cele mai bune modalități de a confirma fosfina este de a vedea un semnal echivalent la o lungime de undă diferită în spectrul lui Venus. Din păcate, nici acolo veștile nu sunt grozave. Într-o lucrare în care să apară Astronomie și astrofizică, astronomul Thérèse Encrenaz de la Observatorul din Paris și colegii (inclusiv Greaves și alți autori ai lucrării originale) au analizat datele arhivate de la un spectrograf în infraroșu numit TEXES, care operează în Hawaii. Aceste observații ar fi putut observa fosfină în vârfurile norilor lui Venus, o parte mai joasă a cerului decât ceea ce a putut vedea ALMA.

Greaves și colegii au abordat Encrenaz pentru a căuta fosfină în lungimi de undă în infraroșu înainte de apariția lucrării originale, dar acele observații au fost anulate de pandemia COVID-19. Așa că Encrenaz a căutat prin datele pe care le colectase între 2012 și 2015 și nu a găsit nimic.

„La nivelul vârfurilor norilor, nu există [phosphine] deloc”, spune Encrenaz. Asta nu înseamnă neapărat că nu există fosfină mai sus pe cer – pur și simplu nu există o explicație clară pentru cum ar ajunge acolo. „Raționamentul din lucrarea lui Jane Greaves a fost că fosfina venea din nori”, spune Encrenaz. „Deci există o mare problemă.”

„Așa arată știința”.

Există încă modalități prin care fosfina lui Venus să treacă. Dacă variază în timp, de exemplu, s-ar putea să fie acolo unele dintre momentele în care astronomii se uită și nu în altele. Totuși, este prea devreme pentru a invoca acest scenariu, spune Cordiner. „Nu are rost să vorbim despre variabilitatea în timp a unui semnal dacă nu există.”

Dar aceasta nu este o criză, spune Clara Sousa-Silva, astrochimist la Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică din Cambridge, Massachusetts, și coautor al lucrării originale. Alte grupuri care contestă descoperirea „este complet normal și ceea ce mă așteptam (nu, speram) să se întâmple”, a scris ea într-un e-mail. „Aceasta este de obicei o fază a unui proiect care îmi place și sper că oamenii își vor da seama că așa arată știința.”

Concluzia în toate acestea este că a încântat oamenii de Venus, spune Byrne, care este membru al Grupului de Analiză de Explorare Venus al NASA.

„Aceste documente oferă multă valoare și o evaluare necesară a acestor afirmații extraordinare”, spune el. „Dacă nimic altceva, a scos o lumină asupra cât de puțin înțelegem despre Venus. Și singurul mod în care obținem aceste răspunsuri este dacă mergem pe Venus.”