W połowie września 2020 roku świat obiegła wiadomość o odkryciu w atmosferze Wenus śladów fosforowodoru. Związek te na Ziemi wytwarzany jest, poza laboratoriami, przez bakterie beztlenowe. Jednak coraz więcej naukowców poważa prawidłowość ustaleń autorów sensacyjnej informacji. Do tego pojawił się problem z zestawem danych z radioteleskopów ALMA, na którym częściowo opiera się odkrycie.

Artystyczna wizja cząsteczki w atmosferze Wenus (ESO/M. Kornmesser/L. Calçada & NASA/JPL/Caltech)

Za badaniami wskazującymi na istnienie w atmosferze Wenus fosforowodoru, nazywanego też fosfiną, stoi międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez prof. Jane Greaves z Uniwersytetu w Cardiff. Uczeni we wrześniowej publikacji zaznaczyli, że ich badania opierały się na dwóch zbiorach danych – z Teleskopu Jamesa Clerka Maxwella na Hawajach (James Clerk Maxwell Telescope – JCMT) oraz sieci radioteleskopów ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) w Chile. To właśnie dane z sieci ALMA budzą zastrzeżenia naukowców analizujących pierwotną publikację.

 

Fosforowodór w atmosferze Wenus?

– To był eksperyment wykonany z czystej ciekawości, wykorzystujący potężną technologię JCMT. Pomyślałam, że możemy po prostu wykluczyć skrajne scenariusze, takie jak wypełnienie chmur organizmami. Kiedy otrzymaliśmy pierwsze ślady fosfiny w widmie Wenus, byliśmy zaszokowani – powiedziała Greaves.

Greaves i jej zespół ostrożnie podeszli do pierwszych wyników. Sprawdzili je przy kolejnych obserwacjach z użyciem radioteleskopu ALMA. – Ku naszej wielkiej uldze warunki w ALMA były dobre do obserwacji, podczas gdy Wenus znajdowała się pod odpowiednim kątem w stosunku do Ziemi. Przetwarzanie danych było jednak trudne, ponieważ ALMA zwykle nie szuka bardzo subtelnych efektów w bardzo jasnych obiektach, takich jak Wenus – przyznała dr Anita Richards z UK ALMA Regional Centre i University of Manchester.

– Na obu instrumentach zaobserwowano to samo – słabą absorpcję przy odpowiedniej długości fali odpowiadającej fosforowodorom, gdzie cząsteczki są podświetlane cieplejszymi chmurami poniżej – dodała Greaves.

Profesor Hideo Sagawa z Uniwersytetu Kyoto Sangyo wykorzystał następnie swoje modele atmosfery Wenus do zinterpretowania danych, stwierdzając, że fosforowodór jest obecny, ale jest go mało – tylko około dwudziestu cząsteczek na miliard.

 

Wątpliwości

Praca, która wywołała światową sensację, opierała się na dwóch zestawach danych. Jeden z nich, ten z sieci ALMA, budzi zastrzeżenia niezwiązanych z pierwotnymi badaniami naukowców. Zresztą dr Richards, współautorka wrześniowej publikacji, sama przyznała, że sieć radioteleskopów ALMA nie została stworzona do wykrywania „subtelnych efektów w bardzo jasnych obiektach, takich jak Wenus”.

Międzynarodowy zespół naukowców, w którego skład weszli też niektórzy członkowie zespołu odpowiedzialnego za wrześniową publikację, jeszcze raz przyglądną się danym analizowanym w pierwotnej publikacji. Uczeni szukali śladów fosfiny na chmurach Wenus i nic nie znaleźli. To samo w sobie nie oznacza, że ​​w atmosferze Wenus nie ma fosfiny. Być może jest gdzieś w głębszych warstwach chmur, jednak według nowych ustaleń opublikowanych w dwóch badaniach (jedno z nich ukazało się na łamach pisma „Astronomy & Astrophysics”, drugie obecnie znajduje się w bazie pre-printów arXiv.org) zebrane dane na to nie wskazują.

 

Błąd w danych?

Pierwszą potencjalną sygnaturę fosfiny w atmosferze Wenus dostarczył teleskop JCMT. Autorzy oryginalnego badania nie byli pewni tych obserwacji, dlatego wykorzystali radioteleskopy ALMA. Analiza danych pozyskanych z sieci ALMA także wskazała na obecność fosforowodoru w chmurach Wenus.

Kluczowymi obserwacjami w pierwotnej pracy była absorpcja światła przy odpowiedniej długości fali. Różne cząsteczki blokują lub pochłaniają światło o określonych długościach fal, zatem analiza danych obserwacyjnych pod kątem spadków w widmie może ujawnić związki chemiczne obecne w atmosferze planety. Ale dane są często pełne szumów. By sobie pomóc, naukowcy wykorzystują analizę statystyczną, aby potwierdzić lub zaprzeczyć obecności sygnału. Jednak takie działanie może być obarczone błędem.

Fosfina ukazała się jako spadek widma na falach o długości 1,12 milimetra. Gdyby widmo Wenus można było narysować jako linię prostą na wszystkich długościach fal światła, fosfina utworzyłaby głęboką dolinę na tej długości fali.

 

Szumy

Ale w rzeczywistości zgromadzone dane nie są tak łatwe do rozczytania. Inne źródła, od ziemskiej atmosfery po działanie samego teleskopu, wprowadzają drgania, czyli tzw. „szum”, do tej ładnej linii prostej. To stwarza poważne trudności w prawidłowej analizie danych. Każdy konkretny spadek na określonej długości fali może być po prostu wspomnianym szumem.

– Problem staje się jeszcze bardziej istotny, gdy chodzi o obserwacje jasnego obiektu, jak Wenus, za pomocą potężnego teleskopu, takiego jak sieć ALMA – wskazał Martin Cordiner z NASA Goddard Goddard Space Flight Center. Cordiner używa radioteleskopów ALMA do obserwacji innych obiektów w Układzie Słonecznym, chociażby Tytana, największego księżyca Saturna. Nie był zaangażowany w prace nad Wenus.

– Wszystko przez jasność Wenus, która utrudnia uzyskanie wiarygodnych pomiarów. Można postrzegać to jak oślepienie światłem: jeśli oślepia cię jasne światło, twoja zdolność dostrzegania szczegółów maleje – podkreślił Cordiner.

Astronomowie stosują kilka trików, aby „wygładzić” dane i dostrzec prawdziwe sygnały. Jedną ze strategii jest stworzenie odpowiednich algorytmów, które pominął szumy. Dzięki temu można wyróżnić sygnał, który najbardziej interesuje badaczy. To, według Cordinera, standardowa praktyka. Ale badacz zaznaczył, że prawdopodobnie w tym miejscu autorzy pierwotnej publikacji popełnili błąd. Za bardzo „wygładzili” szum, usunęli go więcej, niż było w rzeczywistości, co dało wynik nie odzwierciedlający stanu faktycznego.

 

Powtórzenie badań i problem z ALMA

Aby sprawdzić, czy autorzy wrześniowej publikacji nie byli czasem trochę nadgorliwi, astrofizyk Ignas Snellen z Uniwersytetu w Leiden w Holandii i jego współpracownicy ponownie zastosowali ten sam przepis na redukcję szumów do danych ALMA zebranych z obserwacji Wenus i nie znaleźli żadnych statystycznie istotnych oznak fosfiny.

Następnie naukowcy wypróbowali to samo filtrowanie szumów na innych częściach widma Wenus, gdzie nie powinno się znaleźć żadnych interesujących cząsteczek. Znaleźli pięć różnych sygnałów, których tak naprawdę nie ma. „Przynajmniej kilka fałszywych cech można uzyskać za pomocą zastosowanej metody. Doszliśmy do wniosku, że przedstawiona analiza nie daje solidnych podstaw do wnioskowania o obecności fosfiny w atmosferze Wenus” – napisali autorzy nowych badań.

W międzyczasie, jak poinformowało Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), które zarządza siecią radioteleskopów, naukowcy odkryli odrębny, nieokreślony jeszcze problem w danych z ALMA, które zostały użyte do wykrycia fosfiny. Usunęli te dane z publicznego archiwum obserwatorium w celu zbadania problemu i ponownego przetworzenia danych.

– Nie zdarza się to zbyt często – zaznaczył Martin Zwaan z ESO i dodał, że nie jest to pierwszy podobny błąd w danych. W przypadku wykrycia problemów standardową praktyką jest ponowne przetwarzanie danych. – W wielu przypadkach nie wpływa to znacząco na wyniki naukowe. W przypadku fosfiny na Wenus ten wynik nie został jeszcze ustalony – powiedział Zwaan.

W chmurach na Wenus wykryto ślady fosforowodoru, na Ziemi uważany jest za kluczowy składnik biosygnatury, czyli wskaźnika świadczącego o istnieniu życia

Po odkryciu w atmosferze Wenus fosfiny (fosforowodoru), NASA zastanawia się nad wysłaniem dwóch misji na tą planetę

 

ŹródłoScienceNews

 

0 0 vote
Article Rating