حیات در زهره: خطای اندازه‌گیری یا واقعیت؟

سپتامبر سال گذشته مقاله‌ای از یک یافته حیرت‌انگیز خبر می‌داد: شواهدی از از وجود یک ماده شیمیایی به شدت ناپایدار در اتمسفر زهره! از آنجا که انتظار می‌رود این ماده در محیط زهره با سرعتی نسبتا زیاد از بین رود، حضور آن می‌تواند نشان از این باشد که یک منبع دائمی از این ماده در زهره وجود دارد که آن را وارد اتمسفر سیاره می‌کند. با بررسی اجزای تشکیل دهنده اتمسفر زهره، محققان به این نتیجه رسیدند که هیچ راه روشنی برای تولید این ماده وجود ندارد که این امری بسیار مرموز است.

از آنجا که این ماده، با نام فسفین (PH₃)، یکی از نشانه‌های احتمالی وجود موجودات زنده به شمار می‌رود، بلافاصله گمانه‌زنی‌هایی درباره امکان زنده بودن چیزی در ابرهای زهره قوت گرفتند!

اما گزارش‌هایی مثل این همیشه منتقدانی از سرتاسر جامعه علمی را جذب می‌کنند. حالا بعد از چند ماه، انتقادات بسیاری وارد میدان شده‌ است و نویسنده‌های گزارش از بخش‌هایی از تحلیل اولیه خود عقب‌نشینی کرده‌اند. در مجموع بهترین سناریوی آن‌ها این است که مقادیر این ماده از چیزی که در ابتدا گزارش شده بسیار کمتر است. اما خیلی از پژوهشگران می‌گویند که به احتمال زیاد این ماده اصلا آنجا وجود ندارد.

مشکل کجاست؟

گزارش اصلی دو بخش کلیدی دارد. یکی از آن‌ها نگاهی به مسیرهای شیمیایی ممکنی است که می‌توانند تحت شرایط اتمسفر زهره فعال باشند. این بخش نتوانسته به هیچ ایده‌ای دست یابد که فسفین از چه راهی غیر از حیات می‌تواند تولید شود.

اینجا ایرادات بالقوه‌ای می‌توانند وجود داشته باشند، اما به هیچ کدام پرداخته نشده است. در عوض، محققان روی بخش دوم این مقاله تمرکز کرده‌اند: شواهد وجود فسفین در اتمسفر زهره. این شواهد با استفاده از تلسکوپ، برای رصد طیف الکترومغناطیسی نقطه‌ای از اتمسفر سیاره به دست آمدند که در آن رد پای فسفین وجود دارد.

در مجموع این شواهد بسیار قدرتمند به نظر می‌رسیدند. داده‌ها از دو تلسکوپ جمع‌آوری شده بود، پس احتمال نقص فنی بعید به نظر می‌رسید. محققان دو نرم‌افزار با مسیرهای مستقل برای پردازش داده‌ها توسعه دادند که یعنی ریاضیات پشت پرده تحلیل نیز به احتمال زیاد استوار است. پیچیدگی بزرگ، حضور یک ماده شیمیایی دیگر یعنی دی‌اکسید گوگرد است که می‌دانیم در اتمسفر زهره وجود دارد. خطوط طیف الکترومغناطیس دی‌اکسید گوگرد بسیار نزدیک به خطوط فسفین هستند.

محققان به دنبال امضاهای دیگری از دی‌اکسید گوگرد گشتند و چیزی نیافتند. پس به این نتیجه رسیدند که دی‌اکسید گوگرد در ارتفاعی که آن‌ها به دنبال فسفین بودند (بالای ابرهای سیاره) نادر یا کلا ناموجود است.

نقدها روی جنبه‌های مختلف این تحلیل طیفی متمرکز هستند. بیشتر آن‌ها هنوز در حال انجام مراحل رسمی تایید مقالات هستند؛ در عوض بحث‌ها در سایت آرکایو (arXiv)، که محققان می‌توانند پیش‌نویس مقالات را پیش از انتشار در آن بارگذاری کنند، پیگیری می‌شوند.

گریزی نیست!

یکی از مشکلات بالقوه از قبل و از سوی خود محققان پاسخ داده شده است. یکی از تلسکوپ‌هایی که آن‌ها برای رصد زهره استفاده کردند، آرایه میلیمتری بزرگ آتاکاما (ALMA) بود. همانطور که از نامش مشخص است، این تلسکوپ آرایه‌ای از  رادیو تلسکوپ‌های کوچکتر است که به طور هماهنگ کار می‌کنند.

روشن است داده‌های خام این تلسکوپ‌ها پیش از این که بتوانند برای هرگونه تحلیلی استفاده شوند نیاز به پردازش و کالیبراسیون سنگینی دارند. این کار را معمولا خود تیم ALMA انجام می‌دهد، سپس داده‌ها را به محققان می‌دهند و در نهایت در دسترس عموم قرار می‌دهند.

در این مورد کالیبراسیون مشکلاتی داشته و داده‌ها پیش از این که در آرشیو عمومی گذاشته شوند دوباره مورد پردازش قرار گرفته‌اند. پس محققان تحلیل خود را دوباره با داده‌های به‌روزرسانی شده انجام دادند. علی رغم این که آن‌ها می‌گویند سیگنال باز هم وجود دارد، اما دیگر به اندازه قبل قابل توجه نیست.

در ابتدا محققان سطح فسفین را در حدود ۲۰ ذره در میلیون اعلام کرده بودند. با داده‌های دوباره کالیبراسیون شده این مقدار به یک تا چهار ذره در میلیارد سقوط کرد! محققان همچنان اشاره می‌کنند که شناسایی این ماده «به طور منطقی قطعیت دارد»، اما سطح کاهش یافته احتمال نویز را بیشتر می‌کند.

مسیرهای دیگر

همانطور که اشاره شد، محققان دو نرم‌افزار مستقل را برای پردازش داده‌ها و یافتن امضای طیفی فسفین توسعه دادند. این امر احتمال این که شناسایی فسفین به طور مصنوعی در جزییات پردازش ایجاد شده را پایین می‌آورد. اما «احتمال پایین» به معنی «غیرممکن» نیست.

دو پیش‌نویس مقاله پست شده‌اند که از روش‌های متفاوت برای پردازش همان داده‌ها و یافتن امضاهای طیفی استفاده می‌کنند. نوشته اول به این نتیجه می‌رسد که روش استفاده شده در مقاله اصلی، نویزهای پس‌زمینه را به طور مصنوعی از بین می‌برد و در نتیجه معناداری ظاهری هرگونه سیگنالی را افزایش می‌دهد. وقتی آن‌ها تحلیل را با برطرف کردن این مشکل انجام می‌دهند به این نتیجه می‌رسند که سیگنال فسفین هنوز هم وجود دارد، اما مقدار آن کمتر از استانداردهای متداولِ معنادار آماری می‌شود.

متن دوم انواع متفاوت برازش‌های آماری را برای داده‌ها امتحان می‌کند و به این نتیجه می‌رسد که در اکثر آن‌ها، سیگنال فسفین تولید شده معنی‌دار نیست.

کجا را نگاه می‌کنیم؟

بخشی از بحث‌ها درباره وجود فسفین حول این متمرکز هستند که از تحلیل اولیه محققان اینطور بر می‌آید که آن‌ها لایه بالای ابرهای زهره را رصد می‌کردند. این مهم است، چون ترکیب اجزای اتمسفر زهره با ارتفاع تغییر می‌کند. این امر هم روی منابع بالقوه سیگنال‌های گیج‌کننده تاثیر دارد، هم روی قابلیت فسفین برای زنده ماندن برای مدت زمان مشخص در محیط شیمیایی.

اما حداقل دو مقاله در آرکایو به چشم می‌خورند که داده‌هایی نه از لایه بالای ابرها، بلکه از لایه بالاتر اتمسفر با نام مزوسفر را ارائه می‌دهند. متن اول به بررسی این امکان می‌پردازد که سیگنال در اصل از جانب دی‌اکسید گوگرد باشد. این مقاله جمع‌بندی می‌کند که دی‌اکسید گوگرد موجود در مزوسفر می‌تواند سیگنالی تولید کند که از سیگنال‌های گزارش اصلی قابل تشخیص نیستند. برای تصدیق این موضوع، خود این پیش نویس بار دیگر داده‌های ALMA را پردازش می‌کند و به این نتیجه می‌رسد که سیگنال فسفین به کمتر از یک ذره در میلیارد کاهش می‌یابد.

در مقاله دوم نویسنده‌ها از سیستمی استفاده می‌کنند که شکل ظاهری طیف‌های جذبی را با در نظر گرفتن غلظت‌های اتمسفری متفاوت فسفین و دی‌اکسید گوگرد مدلسازی می‌کند. آن‌ها هم به این نتیجه می‌رسند که دی‌اکسید گوگرد در مزوسفر سیگنالی تولید می‌کند که از سیگنالی که در گزارش اصلی به فسفین نسبت داده شده قابل تشخیص نیست. همچنین شرایط موجود در مزوسفر سیگنال‌های دیگر دی‌اکسید گوگرد را، که در گزارش اول ادعا شده بود وجود ندارد، فرو می‌نشاند.

فسفین در مزوسفر هم می‌تواند سیگنال مشابهی تولید کند، اما محققان محاسبه کرده‌اند که محیط متفاوت مزوسفر نیمه عمر یک مولکول معمولی فسفین را به یک ثانیه کاهش می‌دهد. برای این که فسفین در مزوسفر وجود داشته باشد این مولکول باید با نرخی بالاتر از نرخ تولید اکسیژن تولد تمام ارگانیزم‌های فتوسنتز کننده روی زمین تولید شود. با توجه به این که این احتمال کمی کوچک است، نویسنده‌ها پیشنهاد می‌دهند که ما در حال رصد دی‌اکسید گوگرد هستیم.

فرونشانی

آخرین پیش‌نویس ما در دنیای نقدهای فسفین نیز به کالیبره کردن مجدد داده‌های ALMA می‌پردازد و به این نتیجه می‌رسد که سیگنال فسفین شدیدا کاهش پیدا می‌کند و در نتیجه مقدارش با پژوهش‌های تیم‌های دیگر یکی می‌شود.

اما این یکی پیکربندی تلسکوپ‌های ALMA در این تحقیق را نیز زیر سوال می‌برد. اگر دی‌اکسید گوگرد آنجا بوده و شناسایی نشده، پس به سادگی می‌توان آن را مسئول سیگنال‌هایی دانست که محققان به فسفین نسبت داده‌اند!

خب، همین؟

هیچکدام از این‌ها این احتمال که مقادیری فسفین وجود دارد را از بین نمی‌برند، گرچه این مقدار پایین‌تر از چیزی است که در تحقیق اصلی گزارش شده است. دستاورد جمعی این نقدها این است که نشان می‌دهند، توضیحات متعددی برای چیزی که نویسنده‌های گزارش دیده‌اند ممکن است و همه آن‌ها شامل حضور ماده‌ای هستند که از قبل می‌دانستیم در اتمسفر زهره وجود دارد.

گذشته از هر چیز، اهمیت بالقوه وجود فسفین، ارزش مشاهده‌های تکمیلی با استفاده از سخت‌افزاری که برای این هدف خاص پیکربندی و کالیبره شده را نشان می‌دهد تا داده‌های واضحی از چیزهایی که در اتمسفر بالایی زهره وجود دارند در اختیار داشته باشیم.

در مجموع این قضیه مانند پرونده‌ای علمی به نظر می‌رسد که کاملا مطابق انتظار در حال پیشروی است. حتی اگر نتیجه نهایی مرگ یک یافته هیجان‌انگیز باشد، مشاهده این که چنین فرایندی اینطور شایسته پیشرفت می‌کند، اطمینان بیشتری به نتایجی که از تحلیل‌های مجدد جان سالم به در می‌برند را فراهم می‌آورد.