المجتمع العلمي يبلغ عن مادة كيميائية غريبة على كوكب الزهرة: ربما لا

في سبتمبر من العام الماضي ، أعلن مقال عن اكتشاف مفاجئ: دليل على وجود مادة كيميائية غير مستقرة للغاية في الغلاف الجوي للزهرة. نظرًا لأنه من المتوقع أن يتم تدمير المادة الكيميائية بسرعة كبيرة في بيئة كوكب الزهرة ، يبدو أن وجودها يشير إلى أن المادة الكيميائية لها مصدر ثابت وتغذيها بطريقة ما في الغلاف الجوي للكوكب. عند النظر إلى مكونات هذا الغلاف الجوي ، خلص الباحثون إلى أنه لا توجد طريقة واضحة لإنتاجه ، مما خلق لغزًا.

منذ الفوسفين الكيميائي (PH₃) كعلامة محتملة للكائنات الحية ، بدأت التكهنات على الفور بأن هذا يمكن أن يكون دليلاً على وجود شيء يعيش في غيوم كوكب الزهرة.

لكن مثل هذه التقارير تدعو دائمًا إلى النقد من المجتمع العلمي الأوسع. الآن ، بعد أشهر ، ظهرت معظم هذه الانتقادات ، وعاد المؤلفون لمراجعة بعض تحليلاتهم الأولية. بشكل عام ، فإن أفضل حالاتهم هي أن تكون مستويات المادة الكيميائية أصغر بكثير مما تم الإبلاغ عنه في الأصل. لكن العديد من الباحثين الآخرين يقولون إنه ربما لم يكن موجودًا على الإطلاق.

ما المشكلة؟

يتكون التقرير الأصلي من جزأين مهمين. كان أحدها نظرة على المسارات الكيميائية المحتملة التي يمكن أن تكون نشطة في ظل الظروف الموجودة في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة. هذا لا يمكن أن يولد أي فكرة عما يمكن أن يكون عليه صنع الفوسفين خارج الحياة. ربما لا تزال هناك مشكلات محتملة هنا ، ولكن لم تظهر أي منها حتى الآن. وبدلاً من ذلك ، ركز انتقاد التحليل الأصلي على الجزء الثاني من صحيفة سبتمبر: الدليل على وجود الفوسفين في الغلاف الجوي للزهرة. تم تحقيق ذلك باستخدام التلسكوبات للنظر في نقطة في الطيف الكهرومغناطيسي حيث يمتص الفوسفين الضوء ويشكل علامة على وجوده.

بشكل عام ، بدت هذه الأدلة قوية جدًا. كان يعتمد على بيانات من تلسكوبين ، لذلك بدا من غير المحتمل أن يكون الجهاز معقدًا. قام الباحثون بمعالجة البيانات باستخدام سطرين من البرامج المطورة بشكل مستقل ، مما يشير إلى أن الرياضيات وراء التحليل ستكون قوية أيضًا. أكبر المضاعفات هو وجود مادة كيميائية أخرى ، وهي ثاني أكسيد الكبريت ، والتي نعرف أنها موجودة في الغلاف الجوي للزهرة. يحتوي ثاني أكسيد الكبريت على خط توقيع طيفي قريب من موضع الإشارة الناتجة عن الفوسفين.

ومع ذلك ، بحث الباحثون عن بصمات طيفية أخرى لثاني أكسيد الكبريت ولم يروا أيًا منها. وهكذا ، توصلوا إلى استنتاج مفاده أنه عند الارتفاع الذي كان يبحث عنه الفوسفين (فوق الغيوم الكوكبية) كان نادرًا أو غير موجود.

ركز النقد وقضية واضحة واحدة على الأقل على جوانب مختلفة من هذا التحليل الطيفي. لا يزال العديد ينتظرون مراجعة الزملاء الرسمية ؛ بدلاً من ذلك ، يتم الاتصال على خادم مراجعة الأقران arXiv ، والذي يسمح للباحثين بمشاركة مسودات المستندات قبل نشرها. تنقسم هذه الانتقادات إلى عدة فئات وسنقوم بدراستها بشكل منفصل.

مشكلة معترف بها

تم بالفعل تناول إحدى المشكلات المحتملة من قبل مؤلفي المقالة الأصلية. أحد التلسكوبات التي يستخدمونها لرصد الزهرة هو Atacama Large Millimeter Array أو ALMA. كما يوحي الاسم ، ALMA عبارة عن سلسلة من التلسكوبات الصغيرة التي تعمل بالتنسيق. من الواضح أن البيانات الأولية من هذه التلسكوبات تتطلب معالجة ومعايرة مكثفة قبل استخدامها في أي نوع من التحليل. عادة ما يتم التعامل مع هذا من قبل فريق ALMA نفسه ، ومن ثم يعطي البيانات للباحثين ويجعلها عامة في النهاية.

في هذه الحالة ، كانت هناك بعض المشكلات المتعلقة بالمعايرة وتمت إعادة صياغة البيانات قبل وضعها في أرشيف عام. وهكذا ، عاد الباحثون وأعادوا تحليلهم باستخدام بيانات ALMA المحدثة. على الرغم من أنهم يقولون إن الإشارة لا تزال موجودة ، إلا أنها ليست واضحة. في البداية ، اقترح الباحثون أن مستويات الفوسفين تبلغ حوالي 20 جزءًا في المليار. مع البيانات المعاد معايرتها ، يقع هذا في مكان ما بين جزء إلى أربعة أجزاء لكل مليار.

لا يزال الباحثون يقولون إن الكشف “آمن بشكل معقول” ، لكن المستويات المنخفضة تجعل من السهل على مصادر الضوضاء الأخرى دخول المستنقع.

خطوط الأنابيب الأخرى

كما ذكر أعلاه ، طور الباحثون سطرين مختلفين من البرامج لمعالجة البيانات للبحث عن الإشارة الطيفية للفوسفين. هذا يقلل من احتمال أن يكون الاكتشاف قطعة أثرية مخفية في تفاصيل العملية. لكن “أقل احتمالا” ليس مثل “مستحيل”.

تم نشر مقالتين باستخدام طرق أخرى لمعالجة نفس البيانات والبحث عن التوقيعات الطيفية. وجد أولهما أن الطريقة التي استخدمتها الورقة الأصلية قمعت بشكل مصطنع ضوضاء الخلفية ، مما زاد من الأهمية الظاهرية لأي إشارة. عندما أعاد الباحثون إجراء التحليل لمعالجة هذه المشكلة ، فإن إشارة العثور على إشارة الفوسفين لا تزال موجودة ، لكنها أقل من المعايير العادية للدلالة الإحصائية حيث يوجد المزيد من الضوضاء حولها.

الوثيقة الثانية تحاول ببساطة إجراء نوبات إحصائية مختلفة للبيانات وتجد أن معظمها لا يولد إشارة فوسفين كبيرة. لذلك استنتج أنه لا توجد إشارة مهمة هنا.

أين نبحث

جزء من الحجة الأصلية لوجود الفوسفين هو أن التحليل الأصلي للباحثين أظهر أنهم كانوا ينظرون إلى قمم سحابة كوكب الزهرة. هذا مهم لأن تكوين الغلاف الجوي لكوكب الزهرة يختلف باختلاف الارتفاع ، مما يؤثر على مصادر الإشارات المربكة المحتملة ، كما يؤثر أيضًا على قدرة الفوسفين على البقاء في أي وقت في البيئة الكيميائية.

ولكن ظهرت مخطوطتان على الأقل في arXiv تقترحان أن البيانات لم تأت من قمم السحب ، ولكن من منطقة في الغلاف الجوي العلوي تسمى الغلاف الجوي الأوسط. تبحث المخطوطة الأولى فيما إذا كانت الإشارة هي في الواقع ثاني أكسيد الكبريت. ويخلص إلى أن ثاني أكسيد الكبريت الموجود في الغلاف الجوي يمكن أن ينتج إشارة لا يمكن تمييزها عن تلك الموجودة في التقرير الأصلي. من أجل إجراء مضاد جيد ، يقوم الرسم أيضًا بإعادة معايرة بيانات ALMA الخاصة به ويرى أن إشارة الفوسفين تنخفض إلى أقل من جزء من المليار.

في المقالة الثانية ، استخدم المؤلفون نظامًا يضع نماذج لشكل أطياف الامتصاص في ضوء تراكيز مختلفة من ثاني أكسيد الكبريت والفوسفين في الغلاف الجوي. ووجدوا أيضًا أن وجود ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي المتوسط ​​ينتج إشارة لا يمكن تمييزها عما خصصه البحث الأصلي للفوسفين. ستعمل الظروف في الغلاف الجوي أيضًا على قمع إشارات ثاني أكسيد الكبريت الأخرى التي استخدمها التقرير الأول للقول بأنها غير متوفرة.

يمكن للفوسفين الموجود في الغلاف الجوي أن ينتج إشارة مماثلة ، لكن الباحثين يحسبون أن البيئة المختلفة هناك تعني أن نصف عمر جزيء الفوسفين النموذجي ثانية واحدة. لإنتاج ما يكفي من الفوسفين لتزويد الغلاف الوسطي ، يجب أن يتم ذلك بمعدل أعلى من إنتاج الأكسجين لجميع الكائنات الحية الضوئية على الأرض. يقترح المؤلفون أن اعتبار هذا أمرًا بعيد الاحتمال إلى حد ما ، فنحن ننظر فقط إلى ثاني أكسيد الكبريت.

مهزوم

يستغرق مشروعنا الأخير في عالم نقد الفوسفين بعض الوقت لإعادة معايرة بيانات ALMA الأصلية ويرى أن إشارة الفوسفين تنخفض بشكل كبير ، وهو ما يناسب بعض الأعمال التي قامت بها فرق أخرى.

لكن هذا يذهب أيضًا إلى قضية ALMA المتعلقة بكيفية تنظيم مجموعة التلسكوب أثناء هذه الملاحظات. وقد حسب الباحثون أن هذا التكوين سيحد من ظهور بصمات ثاني أكسيد الكبريت التي استخدمها الباحثون لاستنتاج أن هذه المادة الكيميائية لم تكن موجودة. إذا كان هناك ثاني أكسيد الكبريت ، ولكن لم يتم اكتشافه ، فيمكن أن يفسر بسهولة الإشارة التي خصصها الباحثون للفوسفين.

فهل في هذه الحالة؟

لا يمنع أي من هذا احتمال وجود الفوسفين عند مستوى معين ، ولكن يجب أن يكون هذا المستوى أقل مما تم الإبلاغ عنه في الدراسة الأصلية. يشير ما أنجزوه بشكل جماعي إلى أن هناك العديد من التفسيرات المحتملة للإشارة التي رآها المؤلفون ، وكلها تتضمن وجود مادة كيميائية نعرف بالفعل أنها موجودة في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة. يجب اعتبار هذا على أنه التفسير الأساسي لما لاحظناه حتى الآن.

توضح معظم المقالات أنه بغض النظر عن ذلك ، فإن الأهمية المحتملة لإيجاد الفوسفين هناك تعني أنه من المفيد إجراء ملاحظات متابعة باستخدام أجهزة تم تكوينها ومعايرتها بشكل خاص لتزويدنا ببيانات واضحة حول ما يوجد في الغلاف الجوي العلوي لكوكب الزهرة.

الشيء الآخر الذي يوضحه كل هذا هو أن الباحثين الأصليين قد يرتكبون أخطاء ، لكنهم مهتمون حقًا بالتعلم. تشكرهم إحدى المستندات الجديدة على وجه التحديد على مشاركة البرنامج الذي استخدموه لمعايرة ومعالجة صورهم اللازمة لإعادة التحليل. وعندما أصبح أعضاء الفريق الأصليون على دراية بمشكلات بيانات ALMA ، عادوا وأعادوا إجراء تحليلهم.

لذا ، بشكل عام ، تبدو هذه حالة علمية تعمل حقًا كما ينبغي. حتى لو تبين أن النتيجة النهائية هي موت نتيجة مثيرة ، فإن رؤية أن العملية تعمل بشكل صحيح يساعد على بناء المزيد من الثقة في البقاء على قيد الحياة بعد إعادة التحليل الدقيق.