又乌龙了？“金星发现生命信号”并不可靠，专家指出数据分析可能出错
金星。图片来源：Wikimedia Commons
本文转载自公众号“量子位”
还记得 9 月 14 号那篇在金星“大气层”中观测到了磷化氢的《自然-天文学》（Nature Astronomy）论文吗？论文作者认为，这可能成为金星上有生命的证据。然而就在上个月，预印本平台 arXiv 上接连出现了三篇未经同行评审的论文，指出《自然-天文学》论文的数据分析存在问题，金星大气中发现磷化氢的结论可能是错的。
金星的磷化氢是怎么观测到的？
首先，来看看这篇引起轰动的《自然-天文学》论文本身都讲了些什么。
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。
他们是如何判断金星上有磷化氢的呢？
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 267 GHz 的电磁波。
论文图 1。来源：论文
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。
论文图 2。来源：论文
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=m0x2+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！
论文表 1。来源：论文
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。
最早提出疑问的是 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，偏离真实的情况更容易出现。
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。
4 个参数已经能达成这样的效果，12 阶多项式听起来就更离谱了。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。
真理越辩越明
NASA 金星研究组的成员 Byrne 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”。
Nature原论文：
https://www.nature.com/articles/s41550-020-1174-4
三篇质疑：
https://arxiv.org/abs/2010.09761
https://arxiv.org/abs/2010.14305
https://arxiv.org/abs/2010.15188
参考链接：
https://news.ycombinator.com/item?id=24980449
https://weibo.com/1144755982/JrBBErHaC
https://fermatslibrary.com/s/drawing-an-elephant-with-four-complex-parameters
本文转载自公众号“量子位”（ID:QbitAI），“科研圈”对文章进行了部分编辑修改。
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