科学探索|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？
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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 。
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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 。
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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 。
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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！
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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 。
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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）：
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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……
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而且 ， 如果基线选得不同 ， 统计结果可能就会不一样 。
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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” 。
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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” 。
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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……
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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 。
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但也有网友认为 ， 统计学的确是个充满玄学的问题 。
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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 。
【科学探索|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】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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