NASA科学家联名求撤稿:金星有生命迹象是大乌龙 拟合不靠谱

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NASA科学家联名求撤稿:金星有生命迹象是大乌龙 拟合不靠谱

还记得9月14号那篇“金星上有生命”的Nature子刊论文吗?天文学家在金星“大气层”中观测到了磷化氢的迹象,这是金星上有生命的有力证据。这可是轰动天文界的大新闻,很多人不敢相信:磷化氢和生命也不见得有必然联系吧?

然而,科学家们在仔细研读论文后,一个个都坐不住了:这论文,从数据处理开始就有问题啊!

质疑接踵而至,全球多个团队对这篇论文表示怀疑,也包括NASA在内。

NASA研究生命、行星等各领域的科学家们“联名上书”Nature:请作者考虑更正或撤稿。

所有的质疑都指向一个问题:所谓的磷化氢信号过拟合了。

提出质疑的三个团队,从验证结论时所用的12阶多项式,到观测数据处理的方式,全都“炮轰”了一遍。

他们表示,自己对数据分析的结果与这篇论文并不一致。

也就是说,在金星大气中发现磷化氢的结论可能根本就是错误的。

究竟怎么回事?我们一起来捋一捋。

金星上的磷化氢是怎么观测到的?

首先,来看这篇引起轰动的Nature Astronomy论文本身。

天文学家Jane Greaves领导的国际合作研究团队一开始是使用夏威夷的James  Clerk Maxwell望远镜(JCMT)发现了金星大气中的磷化氢。

此后,他们又在智利的Atacama毫米/亚毫米阵列(ALMA)射电望远镜上确认了这一结果。

相隔上亿公里的地球人是如何知道金星上有磷化氢的呢?

原来化学分子会吸收某些特定波长的电磁波,就像是这种物质的“身份证”。如果我们把从行星上穿过的电波分析一下,发现哪些被吸收了,就可以推测行星上存在某种气体。

比如磷化氢会吸收频率为267GHz的电磁波。

结果,科学家们在JCMT和ALMA接受的信号中发现,在这个频率上有凹陷,因此认为金星上存在着磷化氢。

而且他们根据吸收这个凹陷的大小算出,金星大气中磷化氢浓度是一亿分之二。

然而想从观测数据中得出结论,并不是像上面说得那样容易。

由于地球大气层、望远镜本身结构等等原因,电磁波难免会受到噪声的影响,自带抖动。如果抖动幅度过大,噪声甚至会把信号淹没。

NASA戈达德太空飞行中心的天体化学家Martin Cordiner就指出,使用ALMA这样强大的望远镜观测金星这样明亮的天体时,这个问题会变得尤其严重。

对此,Greaves团队首先在ALMA数据成像之前,排除了所有长度小于33m的甚长基线干涉测量结果。因为干涉基线越短,信号中的噪声影响就越大。

另外,NASA还发现,Greaves的研究团队用多项式方程拟合噪声,然后将其从数据中剔除。

最简单的可以是一阶多项式方程,即 y=mx+b。二阶多项式方程则是 y=m0x^2+m1x+b的形式,n阶多项式方程以此类推。

本来多项式拟合是常规操作,没有什么。但是Greaves团队用了8阶多项式拟合JCMT望远镜的数据,而ALMA望远镜数据,他们居然用到了12阶多项式!

数据拟合方式太“疯狂”?

简单总结一下论文的内容,金星上可能存在生命的推断过程是这样的:①通过JCMT望远镜,发现了磷化氢;②再通过ALMA望远镜,确认了这次观测结果。

最早是4名来自荷兰莱顿大学的天文学家,他们发现ALMA观测数据的处理方式有问题。

火眼金睛的他们,一眼就相中了处理(频谱通带部分)噪声的12阶多项式。

12阶多项式,为什么这么离谱?这就要说到实验曲线的拟合问题。

为了让曲线能够尽可能靠近所有实验数据,选择越高阶的多项式来拟合,就越容易实现。但是多项式的阶数越高,曲线振荡得也会越厉害,偏离真实的情况。

比如下面的实验数据,本来都在一条直线附近,如果用高阶多项式拟合,则会出现多处峰谷。

著名数学家冯·诺依曼说过一句名言:

给我四个参数,我能拟合出一头大象,给我五个参数,我能让大象鼻子晃起来。

虽然听起来有点不可思议,但这确实是真的,也已经有人用论文实现过了(下面那幅图,是表示用一个参数就能摆动大象的鼻子):

4个参数已经能达成这样的效果,12阶多项式听起来jo离谱……但天文学家们还是动手又验证了一遍,主要通过两种方法:

①对ALMA收集到的金星数据,重新应用相同的降噪方法

②用这种降噪方法,对金星光谱的其他部分进行噪声过滤

从结果来看,得到的光谱数据不仅不符合高斯分布,而且差得还有点大……

而且,如果基线选得不同,统计结果可能就会不一样。

莱顿大学的天文学家又处理了一遍数据,磷化氢吸收频率附近的特征为2σ,低于具有统计学意义的通用阈值,因此不能说明金星大气中有异常含量的磷化氢。

此外,这篇论文中所发现的磷化氢,有个前提条件:是在金星的大气层中发现的。

巴黎天文台的Thérèse Encrenaz记录了2012-2015年金星三年的观测数据,数据表明,大气层中并没有磷化氢的迹象。

虽然这并不意味着更高的地方没有磷化氢,但Encrenaz认为,论文这种说法值得商榷。

而且,ALMA还只是第一步。

很快又有天文学家发现,JCMT的数据处理,好像也有点问题?

一位来自英国的天文学家,他在对JCMT数据进行再处理时发现,与ALMA一样,相似的情况也同样出现在JCMT中,也就是所谓的“假阳性”。

此前,Villanueva的论文表明,JCMT的吸收线同样可能是二氧化硫,但这篇论文则认为,金星的检测光谱无法证明是否吸收了二氧化硫或是磷化氢。

这件事情,目前仍在发酵中。

真理越辩越明

NASA在发表“诚邀撤稿”声明的后一天,忽然去掉了论文中要求撤稿的部分,而是改成了更冷静的“我们所测量的数据,与论文中所展示的数据不符”。

不过,对于此事,网友们已经热议开来。

有网友调侃这个12阶多项式时表示:我做毕业论文的时候,5阶就已经蒙混过关了……

还有网友想到了NASA在Nature发表过的主题为“砷可以在DNA中取代磷”的论文,然而最后也是被打脸了。

但也有网友认为,统计学的确是个充满玄学的问题。

而NASA金星研究组的成员Byrne则认为,这篇论文再一次激起了人们对于金星的热情,而它的存在也说明,人们对金星的了解还很匮乏。他认为:

“获得这些答案的唯一途径,就是到金星上去。”

如果说早前的讨论是,大气中磷化氢的存在是否能证明金星存在生命,那么现在,连磷化氢存在本身都需要更多的探测结果来证明。

不过,也有观点认为,合理质疑是好事,“这就是科学真实的样子”。

不断地探索发现,才会让真理越辩越明。

你的论文不也是在一步步的质疑修改中逐步完善的吗?

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