Twijfels over een ‘mogelijk teken van leven’ op Venus laten zien hoe wetenschap werkt

Het was een van die “grote, als waar” verhalen. In september meldden wetenschappers dat de atmosfeer van Venus doorspekt lijkt te zijn met fosfine, een mogelijk teken van leven.

Nu wordt er steeds meer nadruk gelegd op het ‘als’. Terwijl wetenschappers de gegevens achter de Venus-aankondiging opnieuw bekijken en andere datasets aan de mix toevoegen, wordt de oorspronkelijke claim van onverklaarbare hoeveelheden fosfine in twijfel getrokken. En dat is maar goed ook, zeggen veel wetenschappers.

“Het is precies hoe de wetenschap zou moeten werken”, zegt planetaire wetenschapper Paul Byrne van de North Carolina State University in Raleigh, die Venus bestudeert maar niet betrokken was bij een van de fosfinepapieren. “Het is te vroeg om op de een of andere manier te zeggen wat deze detectie voor Venus betekent.”

Hier is een nadere beschouwing van de inspanningen om van ‘als’ naar ‘waar’ te komen:

De grote claim

Op 14 september meldden astronoom Jane Greaves van Cardiff University in Wales en collega’s dat ze met behulp van twee verschillende telescopen tekenen van fosfine in de wolken van Venus hadden gezien (SN: 14-9-20). Het fosfine leek te overvloedig om te bestaan ​​zonder dat een of andere bron het aanvulde. Die bron kunnen vreemde microben zijn die in de wolken leven, of een vreemde onbekende Venusiaanse chemie, zei het team.

Greaves en collega’s zagen voor het eerst fosfine met de James Clerk Maxwell Telescope in Hawaï en volgden de krachtige ALMA-telescooparray in Chili. Maar die ALMA-gegevens, en met name de manier waarop ze werden behandeld, worden nu in twijfel getrokken.

De gegevens lezen: echte moleculen of willekeurig wiebelen?

De belangrijkste Venus-waarnemingen waren spectra, of plots van het licht dat van de planeet in een reeks golflengten komt. Verschillende moleculen blokkeren of absorberen licht op specifieke golflengten, dus het zoeken naar dips in een spectrum kan de chemicaliën in de atmosfeer van een planeet onthullen.

Fosfine verscheen als een dip in het spectrum van Venus op ongeveer 1,12 millimeter, een golflengte van licht waarvan men dacht dat het molecuul absorbeerde. Als het spectrum van Venus als een rechte lijn over alle golflengten van licht zou kunnen worden getekend, zou fosfine een diepe vallei vormen bij die golflengte.

Maar echte gegevens zijn nooit zo gemakkelijk te lezen. In het echte leven introduceren andere bronnen – van de atmosfeer van de aarde tot de innerlijke werking van de telescoop zelf – wiebelen of ‘ruis’ in die mooie rechte lijn. Hoe groter de kronkels, hoe minder wetenschappers geloven dat de dips interessante moleculen vertegenwoordigen. Elke specifieke dip kan in plaats daarvan gewoon een willekeurige, extra grote wiebel zijn.

Dat probleem wordt nog erger wanneer we naar een helder object zoals Venus kijken met een krachtige telescoop zoals ALMA, zegt Martin Cordiner, een astrochemicus bij NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md.Cordiner gebruikt ALMA om andere objecten in het zonnestelsel te observeren. zoals Saturnusmaan Titan, maar was niet betrokken bij het Venus-werk.

“De reden dat die hobbels en wiebelingen hier überhaupt zijn, is vanwege de intrinsieke helderheid van Venus, waardoor het moeilijk is om een ​​betrouwbare meting te krijgen”, zegt Cordiner. “Je zou het kunnen zien als verblind door een helder licht: als er een helder licht in je zicht is, wordt je vermogen om zwakkere details op te merken verminderd.”

Astronomen doen dus een paar verschillende dingen om de gegevens glad te strijken en echte signalen door te laten schijnen. Een strategie is om een ​​vergelijking te schrijven die de bewegingen beschrijft die door de ruis worden veroorzaakt. Wetenschappers kunnen die vergelijking vervolgens van de gegevens aftrekken om het signaal te benadrukken waarin ze geïnteresseerd zijn, zoals het vervagen van de achtergrond van een foto om een ​​portretonderwerp te laten knallen. Dat is een standaardpraktijk, zegt Cordiner.

Maar het is mogelijk om een ​​vergelijking te schrijven die te goed bij de ruis past. De eenvoudigste vergelijking die je zou kunnen gebruiken is gewoon een rechte lijn, ook wel bekend als een eerste orde polynoom, beschreven door de vergelijking y = mx + b. Een polynoom van de tweede orde voegt een term toe met X kwadraat, derde orde met X in blokjes, enzovoort.

Greaves en collega’s gebruikten een polynoom van de twaalfde orde, of een vergelijking met twaalf termen (plus een constante, de + b in de vergelijking), om de ruis in hun ALMA-gegevens te beschrijven.

“Dat was een rode vlag dat hier meer in detail naar moest worden gekeken, en dat de resultaten van die polynoomaanpassing onbetrouwbaar konden zijn”, zegt Cordiner. Helemaal naar de macht 12 gaan zou kunnen betekenen dat een onderzoeker meer ruis aftrekt dan werkelijk willekeurig is, waardoor ze dingen in de gegevens kunnen vinden die er niet echt zijn.

Om te zien of de onderzoekers een beetje overijverig waren in hun polynoomaanpassing, pasten astrofysicus Ignas Snellen, van de Universiteit Leiden in Nederland, en collega’s hetzelfde ruisonderdrukkingsrecept toe op de ALMA-gegevens over Venus en vond geen statistisch significant teken van fosfine, rapporteren ze in een paper op arXiv.org op 19 oktober.

Vervolgens probeerden de onderzoekers dezelfde ruisfiltering op andere delen van het spectrum van Venus, waar geen interessante moleculen zouden moeten worden gevonden. Ze vonden vijf verschillende signalen van moleculen die er niet echt zijn.

“Onze analyse … laat zien dat er op zijn minst een handvol onechte kenmerken kunnen worden verkregen met hun methode, en dus [we] concluderen dat de gepresenteerde analyse geen solide basis biedt om de aanwezigheid van [phosphine] in de Venus-atmosfeer ”, schreef het team.

Op zoek naar andere gegevens – en nog geen hulp krijgen

Ondertussen ontdekten wetenschappers van ALMA een afzonderlijk, niet-gespecificeerd probleem in de gegevens die werden gebruikt om het fosfine te detecteren en haalden die gegevens uit het openbare archief van het observatorium om ze te onderzoeken en opnieuw te verwerken, volgens een verklaring van de European Southern Observatory, waarvan ALMA een een deel.

“Dit gebeurt niet vaak”, zegt Martin Zwaan van het ESO ALMA Regional Center in Garching, Duitsland, maar dit is geen primeur. Als er problemen worden ontdekt, is het standaardpraktijk om de gegevens opnieuw te verwerken. “In veel gevallen heeft het geen significante invloed op de wetenschappelijke uitkomst”, zegt Zwaan. ‘In het geval van fosfine op Venus: dit [outcome] is nog niet vastgesteld. “

Wat kunnen wetenschappers doen terwijl ze wachten? Een van de beste manieren om de fosfine te bevestigen, is door een equivalent signaal op een andere golflengte in het spectrum van Venus te zien. Helaas, het nieuws is daar ook niet geweldig. In een paper om in te verschijnen Astronomie en astrofysica, astronoom Thérèse Encrenaz van het Observatorium van Parijs en collega’s (waaronder Greaves en enkele andere auteurs van het originele artikel) keken naar gearchiveerde gegevens van een infraroodspectrograaf genaamd TEXES die actief is in Hawaï. Die waarnemingen hadden fosfine kunnen zien in de wolkentoppen van Venus, een lager deel van de hemel dan wat ALMA kon zien.

Greaves en collega’s hadden Encrenaz benaderd om te zoeken naar fosfine in infrarode golflengten voordat het originele document uitkwam, maar die waarnemingen werden geannuleerd door de COVID-19-pandemie. Dus Encrenaz bekeek de gegevens die ze tussen 2012 en 2015 had verzameld – en vond niets.

“Op het niveau van de wolkentoppen is er geen [phosphine] helemaal niet, ”zegt Encrenaz. Dat betekent niet noodzakelijkerwijs dat er geen fosfine hoger in de lucht is – er is gewoon geen duidelijke verklaring voor hoe het daar zou komen. “De redenering in de krant van Jane Greaves was dat fosfine uit de wolken kwam”, zegt Encrenaz. “Er is dus een groot probleem.”

‘Dit is precies hoe de wetenschap eruit ziet.’

Er zijn nog steeds manieren waarop het fosfine van Venus erdoor kan trekken. Als het bijvoorbeeld in de loop van de tijd varieert, kan het zijn dat astronomen soms kijken en niet naar anderen. Het is echter te vroeg om dat scenario te gebruiken, zegt Cordiner. “Het heeft geen zin om te praten over de tijdsvariabiliteit van een signaal als het er niet is.”

Maar dit is geen crisis, zegt Clara Sousa-Silva, een astrochemicus aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, en een co-auteur van het originele artikel. Andere groepen die de bevinding betwisten “is volkomen normaal en wat ik verwachtte (nee, hoopte) zou gebeuren”, schreef ze in een e-mail. “Dit is meestal een fase van een project waar ik van geniet, en ik hoop dat mensen zullen beseffen dat dit precies is hoe wetenschap eruit ziet.”

De zilveren voering in dit alles is dat het mensen enthousiast heeft gemaakt over Venus, zegt Byrne, die lid is van NASA’s Venus Exploration Analysis Group.

“Deze papieren bieden veel waarde en een noodzakelijke beoordeling van deze buitengewone claims”, zegt hij. “Het heeft in ieder geval duidelijk gemaakt hoe weinig we van Venus begrijpen. En de enige manier waarop we die antwoorden krijgen, is door naar Venus te gaan. “