NASA科學家聯名求撤稿:金星有生命跡像是大烏龍擬合不靠譜
還記得9月14號那篇“金星上有生命”的Nature子刊論文嗎?天文學家在金星“大氣層”中觀測到了磷化氫的跡象,這是金星上有生命的有力證據。這可是轟動天文界的大新聞,很多人不敢相信:磷化氫和生命也不見得有必然聯繫吧?
然而,科學家們在仔細研讀論文後,一個個都坐不住了:這論文,從數據處理開始就有問題啊!
質疑接踵而至,全球多個團隊對這篇論文表示懷疑,也包括NASA在內。
NASA研究生命、行星等各領域的科學家們“聯名上書”Nature:請作者考慮更正或撤稿。
所有的質疑都指向一個問題:所謂的磷化氫信號過擬合了。
提出質疑的三個團隊,從驗證結論時所用的12階多項式,到觀測數據處理的方式,全都“炮轟”了一遍。
他們表示,自己對數據分析的結果與這篇論文並不一致。
也就是說,在金星大氣中發現磷化氫的結論可能根本就是錯誤的。
究竟怎麼回事?我們一起來捋一捋。
金星上的磷化氫是怎麼觀測到的?
首先,來看這篇引起轟動的Nature Astronomy論文本身。
天文學家Jane Greaves領導的國際合作研究團隊一開始是使用夏威夷的James Clerk Maxwell望遠鏡(JCMT)發現了金星大氣中的磷化氫。
此後,他們又在智利的Atacama毫米/亞毫米陣列(ALMA)射電望遠鏡上確認了這一結果。
相隔上億公里的地球人是如何知道金星上有磷化氫的呢?
原來化學分子會吸收某些特定波長的電磁波,就像是這種物質的“身份證”。如果我們把從行星上穿過的電波分析一下,發現哪些被吸收了,就可以推測行星上存在某種氣體。
比如磷化氫會吸收頻率為267GHz的電磁波。
結果,科學家們在JCMT和ALMA接受的信號中發現,在這個頻率上有凹陷,因此認為金星上存在著磷化氫。
而且他們根據吸收這個凹陷的大小算出,金星大氣中磷化氫濃度是一億分之二。
然而想從觀測數據中得出結論,並不是像上面說得那樣容易。
由於地球大氣層、望遠鏡本身結構等等原因,電磁波難免會受到噪聲的影響,自帶抖動。如果抖動幅度過大,噪聲甚至會把信號淹沒。
NASA戈達德太空飛行中心的天體化學家Martin Cordiner就指出,使用ALMA這樣強大的望遠鏡觀測金星這樣明亮的天體時,這個問題會變得尤其嚴重。
對此,Greaves團隊首先在ALMA數據成像之前,排除了所有長度小於33m的甚長基線乾涉測量結果。因為乾涉基線越短,信號中的噪聲影響就越大。
另外,NASA還發現,Greaves的研究團隊用多項式方程擬合噪聲,然後將其從數據中剔除。
最簡單的可以是一階多項式方程,即y=mx+b。二階多項式方程則是y=m0x^2+m1x+b的形式,n階多項式方程以此類推。
本來多項式擬合是常規操作,沒有什麼。但是Greaves團隊用了8階多項式擬合JCMT望遠鏡的數據,而ALMA望遠鏡數據,他們居然用到了12階多項式!
數據擬合方式太“瘋狂”?
簡單總結一下論文的內容,金星上可能存在生命的推斷過程是這樣的:①通過JCMT望遠鏡,發現了磷化氫;②再通過ALMA望遠鏡,確認了這次觀測結果。
最早是4名來自荷蘭萊頓大學的天文學家,他們發現ALMA觀測數據的處理方式有問題。
火眼金睛的他們,一眼就相中了處理(頻譜通帶部分)噪聲的12階多項式。
12階多項式,為什麼這麼離譜?這就要說到實驗曲線的擬合問題。
為了讓曲線能夠盡可能靠近所有實驗數據,選擇越高階的多項式來擬合,就越容易實現。但是多項式的階數越高,曲線振盪得也會越厲害,偏離真實的情況。
比如下面的實驗數據,本來都在一條直線附近,如果用高階多項式擬合,則會出現多處峰谷。
著名數學家馮·諾依曼說過一句名言:
給我四個參數,我能擬合出一頭大象,給我五個參數,我能讓大象鼻子晃起來。
雖然聽起來有點不可思議,但這確實是真的,也已經有人用論文實現過了(下面那幅圖,是表示用一個參數就能擺動大象的鼻子):
4個參數已經能達成這樣的效果,12階多項式聽起來jo離譜……但天文學家們還是動手又驗證了一遍,主要通過兩種方法:
①對ALMA收集到的金星數據,重新應用相同的降噪方法
②用這種降噪方法,對金星光譜的其他部分進行噪聲過濾
從結果來看,得到的光譜數據不僅不符合高斯分佈,而且差得還有點大……
而且,如果基線選得不同,統計結果可能就會不一樣。
萊頓大學的天文學家又處理了一遍數據,磷化氫吸收頻率附近的特徵為2σ,低於具有統計學意義的通用閾值,因此不能說明金星大氣中有異常含量的磷化氫。
此外,這篇論文中所發現的磷化氫,有個前提條件:是在金星的大氣層中發現的。
巴黎天文台的Thérèse Encrenaz記錄了2012-2015年金星三年的觀測數據,數據表明,大氣層中並沒有磷化氫的跡象。
雖然這並不意味著更高的地方沒有磷化氫,但Encrenaz認為,論文這種說法值得商榷。
而且,ALMA還只是第一步。
很快又有天文學家發現,JCMT的數據處理,好像也有點問題?
一位來自英國的天文學家,他在對JCMT數據進行再處理時發現,與ALMA一樣,相似的情況也同樣出現在JCMT中,也就是所謂的“假陽性”。
此前,Villanueva的論文表明,JCMT的吸收線同樣可能是二氧化硫,但這篇論文則認為,金星的檢測光譜無法證明是否吸收了二氧化硫或是磷化氫。
這件事情,目前仍在發酵中。
真理越辯越明
NASA在發表“誠邀撤稿”聲明的後一天,忽然去掉了論文中要求撤稿的部分,而是改成了更冷靜的“我們所測量的數據,與論文中所展示的數據不符”。
不過,對於此事,網友們已經熱議開來。
有網友調侃這個12階多項式時表示:我做畢業論文的時候,5階就已經蒙混過關了……
還有網友想到了NASA在Nature發表過的主題為“砷可以在DNA中取代磷”的論文,然而最後也是被打臉了。
但也有網友認為,統計學的確是個充滿玄學的問題。
而NASA金星研究組的成員Byrne則認為,這篇論文再一次激起了人們對於金星的熱情,而它的存在也說明,人們對金星的了解還很匱乏。他認為:
“獲得這些答案的唯一途徑,就是到金星上去。”
如果說早前的討論是,大氣中磷化氫的存在是否能證明金星存在生命,那麼現在,連磷化氫存在本身都需要更多的探測結果來證明。
不過,也有觀點認為,合理質疑是好事,“這就是科學真實的樣子”。
不斷地探索發現,才會讓真理越辯越明。
你的論文不也是在一步步的質疑修改中逐步完善的嗎?