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  • 天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?

    本文来自微信民众号:量子位(ID:QbitAI),作者:萧箫、鱼羊,原文标题:《NASA科学家联名求撤稿:金星有生命迹象是大乌龙,12阶多项式拟合不靠谱 》,头图来自:《火星救济》剧照截图

    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”中观察到了磷化氢的迹象,这是金星上有生命的有力证据。

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图

    这然则惊动天文界的大消息,很多人不敢相信:磷化氢和生命也不见得有必然联系吧?然则,科学家们在细致研读论文后,一个个都坐不住了:这论文,从数据处置惩罚入手下手就有问题啊!

    质疑接二连三,环球多个团队对这篇论文示意疑心,也包含NASA在内。NASA研讨生命、行星等各范畴的科学家们“联名上书”Nature:请作者斟酌改正或撤稿。

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图1

    一切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,从考证结论时所用的12阶多项式,到观察数据处置惩罚的体式格局,全都“炮轰”了一遍。

    他们示意,自身对数据剖析的结果与这篇论文并不一致。也就是说,在金星大气中发明磷化氢的结论大概根本就是毛病的。

    终究怎样回事?我们一起来捋一捋。

    一、金星上的磷化氢是怎样观察到的?

    起首,来看这篇引起惊动的Nature Astronomy论文自身。天文学家Jane Greaves指导的国际合作研讨团队一入手下手是运用夏威夷的James  Clerk Maxwell千里镜(JCMT)发明了金星大气中的磷化氢。

    今后,他们又在智利的Atacama毫米/亚毫米阵列(ALMA)射电千里镜上确认了这一结果。相隔上亿千米的地球人是怎样晓得金星上有磷化氢的呢?

    原本化学分子会吸取某些特定波长的电磁波,就像是这类物资的“身份证”。假如我们把从行星上穿过的电波剖析一下,发明哪些被吸取了,就能够推想行星上存在某种气体。

    比方磷化氢会吸取频次为267GHz的电磁波。

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图2

    结果,科学家们在JCMT和ALMA接收的信号中发明,在这个频次上有凹陷,因而以为金星上存在着磷化氢。

    而且他们依据吸取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。

    然则想从观察数据中得出结论,并非像上面说得那样轻易。

    由于地球大气层、千里镜自身构造等等缘由,电磁波难免会遭到噪声的影响,自带发抖。假如发抖幅度过大,噪声以至会把信号吞没。

    NASA戈达德太空飞行中间的天体化学家Martin Cordiner就指出,运用ALMA如许壮大的千里镜观察金星如许通亮的天体时,这个问题会变得特别严峻。


    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图3

    对此,Greaves团队起首在ALMA数据成像之前,排除了一切长度小于33m的甚长基线过问丈量结果。由于过问基线越短,信号中的噪声影响就越大。

    别的,NASA还发明,Greaves的研讨团队用多项式方程拟合噪声,然后将其从数据中剔除。

    最简朴的可所以一阶多项式方程,即 y=mx+b。二阶多项式方程则是 y=m0x^2+m1x+b的情势,n阶多项式方程以此类推。

    原本多项式拟合是通例操纵,没有什么。然则Greaves团队用了8阶多项式拟合JCMT千里镜的数据,而ALMA千里镜数据,他们竟然用到了12阶多项式!

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图4

    二、数据拟合体式格局太“猖獗”?

    简朴总结一下论文的内容,金星上大概存在生命的揣摸历程是如许的:①经由过程JCMT千里镜,发明了磷化氢;②再经由过程ALMA千里镜,确认了此次观察结果。

    最早是4名来自荷兰莱顿大学的天文学家,他们发明ALMA观察数据的处置惩罚体式格局有问题。火眼金睛的他们,一眼就相中了处置惩罚(频谱通带部份)噪声的12阶多项式。

    12阶多项式,为何这么离谱?这就要说到试验曲线的拟合问题。

    为了让曲线能够尽量接近一切试验数据,挑选越高阶的多项式来拟合,就越轻易完成。然则多项式的阶数越高,曲线振荡得也会越凶猛,偏离实在的状况。

    比方下面的试验数据,原本都在一条直线四周,假如用高阶多项式拟合,则会涌现多处峰谷。

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图5

    有名数学家冯·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。

    虽然听起来有点难以想象,但这确实是真的,也已有人用论文完成过了(下面那幅图,是示意用一个参数就能够摆动大象的鼻子)

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图6

    4个参数已能杀青如许的结果,12阶多项式听起来jo离谱……但天文学家们照样着手又考证了一遍,重要经由过程两种要领:

    ①对ALMA收集到的金星数据,从新运用雷同的降噪要领;

    ②用这类降噪要领,对金星光谱的其他部份举行噪声过滤。

    从结果来看,取得的光谱数据不仅不符合高斯分布,而且差得另有点大……

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图7

    而且,假如基线选得差别,统计结果大概就会不一样。

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图8

    莱顿大学的天文学家又处置惩罚了一遍数据,磷化氢吸取频次四周的特性为2σ,低于具有统计学意义的通用阈值,因而不能申明金星大气中有非常含量的磷化氢。

    另外,这篇论文中所发明的磷化氢,有个前提条件:是在金星的大气层中发明的。

    巴黎天文台的Thérèse Encrenaz记录了2012~2015年金星三年的观察数据,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处所没有磷化氢,但Encrenaz以为,论文这类说法值得商议。

    而且,ALMA还只是第一步。

    很快又有天文学家发明,JCMT的数据处置惩罚,彷佛也有点问题?

    一名来自英国的天文学家,他在对JCMT数据举行再处置惩罚时发明,与ALMA一样,类似的状况也一样涌如今JCMT中,也就是所谓的“假阳性”。

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图9

    此前,Villanueva的论文表明,JCMT的吸取线一样多是二氧化硫,但这篇论文则以为,金星的检测光谱没法证实是不是吸取了二氧化硫或是磷化氢。

    这件事变,如今仍在发酵中。

    三、真谛越辩越明

    NASA在宣布“诚邀撤稿”声明的后一天,遽然去掉了论文中请求撤稿的部份,而是改成了更岑寂的“我们所丈量的数据,与论文中所展现的数据不符”。

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图10

    不过,关于此事,网友们已热议开来。有网友奚弄这个12阶多项式时示意:我做毕业论文的时刻,5阶就已蒙混过关了……

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图11

    另有网友想到了NASA在Nature宣布过的主题为“砷能够在DNA中庖代磷”的论文,然则末了也是被打脸了。

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图12

    但也有网友以为,统计学的确是个充溢玄学的问题。

    天文学家连发3篇论文质疑,金星有生命迹象是场大乌龙?插图13

    而NASA金星研讨组的成员Byrne则以为,这篇论文再一次激起了人们关于金星的热忱,而它的存在也申明,人们对金星的相识还很匮乏。他以为:

    “取得这些答案的唯一门路,就是到金星上去。”

    假如说早前的议论是,大气中磷化氢的存在是不是能证实金星存在生命,那末如今,连磷化氢存在自身都须要更多的探测结果来证实。

    不过,也有看法以为,合理质疑是功德,“这就是科学实在的模样”。

    不断地探究发明,才会让真谛越辩越明。

    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 

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