本文系YouMeLive新聞YouMeLive號特色內容激勵計劃簽約賬號【量子位】原創內容，未經賬號授權，禁止隨意轉載，
蕭簫 魚羊 發自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
還記得9月14號那篇“金星上有生命”的Nature子刊論文嗎？
天文學家在金星“大氣層”中觀測到了磷化氫的跡象，這是金星上有生命的有力證據。
這可是轟動天文界的大新聞，很多人不敢相信：磷化氫和生命也不見得有必然聯系吧？
然而，科學家們在仔細研讀論文后，一個個都坐不住了：這論文，從資料處理開始就有問題啊！
質疑接踵而至，全球多個團隊對這篇論文表示懷疑，也包括NASA在內，
NASA研究所命、行星等各領域的科學家們“聯名上書”Nature：請作者考慮更正或撤稿，
所有的質疑都指向一個問題：所謂的磷化氫信號過擬合了，
提出質疑的三個團隊，從驗證結論時所用的12階多項式，到觀測資料處理的方式，全都“炮轟”了一遍。
他們表示，自己對資料分析的結果與這篇論文并不一致，
也就是說，在金星大氣中發現磷化氫的結論可能根本就是錯誤的。
究竟怎么回事？我們一起來捋一捋。
金星上的磷化氫是怎么觀測到的？
首先，來看這篇引起轟動的Nature Astronomy論文本身。
天文學家Jane Greaves領導的國際合作研究團隊一開始是使用夏威夷的James Clerk Maxwell望遠鏡（JCMT）發現了金星大氣中的磷化氫，
此后，他們又在智利的Atacama毫米/亞毫米陣列（ALMA）射電望遠鏡上確認了這一結果。
相隔上億公里的地球人是如何知道金星上有磷化氫的呢？
原來化學分子會吸收某些特定波長的電磁波，就像是這種物質的“身份證”。如果我們把從行星上穿過的電波分析一下，發現哪些被吸收了，就可以推測行星上存在某種氣體，
比如磷化氫會吸收頻率為267GHz的電磁波。
結果，科學家們在JCMT和ALMA接收的信號中發現，在這個頻率上有凹陷，因此認為金星上存在著磷化氫，
而且他們根據吸收這個凹陷的大小算出，金星大氣中磷化氫濃度是一億分之二，
然而想從觀測資料中得出結論，并不是像上面說得那樣容易，
由于地球大氣層、望遠鏡本身結構等等原因，電磁波難免會受到噪聲的影響，自帶抖動，如果抖動幅度過大，噪聲甚至會把信號淹沒。
NASA戈達德太空飛行中心的天體化學家Martin Cordiner就指出，使用ALMA這樣強大的望遠鏡觀測金星這樣明亮的天體時，這個問題會變得尤其嚴重，
對此，Greaves團隊首先在ALMA資料成像之前，排除了所有長度小于33m的甚長基線干涉測量結果，因為干涉基線越短，信號中的噪聲影響就越大。
另外，NASA還發現，Greaves的研究團隊用多項式方程擬合噪聲，然后將其從資料中剔除，
最簡單的可以是一階多項式方程，即 y=mx+b。二階多項式方程則是 y=mx^2+b的形式，n階多項式方程以此類推。
本來多項式擬合是常規操作，沒有什么，但是Greaves團隊用了8階多項式擬合JCMT望遠鏡的資料，而ALMA望遠鏡資料，他們居然用到了12階多項式！
資料擬合方式太“瘋狂”？
簡單總結一下論文的內容，金星上可能存在生命的推斷過程是這樣的：①通過JCMT望遠鏡，發現了磷化氫；②再通過ALMA望遠鏡，確認了這次觀測結果，
最早是4名來自荷蘭萊頓大學部的天文學家，他們發現ALMA觀測資料的處理方式有問題。
火眼金睛的他們，一眼就相中了處理（頻譜通帶部分）噪聲的12階多項式，
12階多項式，為什么這么離譜？這就要說到實驗曲線的擬合問題，
為了讓曲線能夠盡可能靠近所有實驗資料，選擇越高階的多項式來擬合，就越容易實現，但是多項式的階數越高，曲線振蕩得也會越厲害，偏離真實的情況，
比如下面的實驗資料，本來都在一條直線附近，如果用高階多項式擬合，則會出現多處峰谷，
著名數學家馮·諾依曼說過一句名言：
給我四個引數，我能擬合出一頭大象，給我五個引數，我能讓大象鼻子晃起來。
雖然聽起來有點不可思議，但這確實是真的，也已經有人用論文實現過了（下面那幅圖，是表示用一個引數就能擺動大象的鼻子）：
4個引數已經能達成這樣的效果，12階多項式聽起來jo離譜……但天文學家們還是動手又驗證了一遍，主要通過兩種方法：
①對ALMA收集到的金星資料，重新應用相同的降噪方法
②用這種降噪方法，對金星光譜的其他部分進行噪聲過濾
從結果來看，得到的光譜資料不僅不符合高斯分布，而且差得還有點大……
而且，如果基線選得不同，統計結果可能就會不一樣。
萊頓大學部的天文學家又處理了一遍資料，磷化氫吸收頻率附近的特征為2σ，低于具有統計學意義的通用閾值，因此不能說明金星大氣中有例外含量的磷化氫，
此外，這篇論文中所發現的磷化氫，有個前提條件：是在金星的大氣層中發現的。
巴黎天文臺的Thérèse Encrenaz記錄了2012-2015年金星三年的觀測資料，資料表明，大氣層中并沒有磷化氫的跡象。
雖然這并不意味著更高的地方沒有磷化氫，但Encrenaz認為，論文這種說法值得商榷。
而且，ALMA還只是第一步。
很快又有天文學家發現，JCMT的資料處理，好像也有點問題？
一位來自英國的天文學家，他在對JCMT資料進行再處理時發現，與ALMA一樣，相似的情況也同樣出現在JCMT中，也就是所謂的“假陽性”。
此前，Villanueva的論文表明，JCMT的吸收線同樣可能是二氧化硫，但這篇論文則認為，金星的檢測光譜無法證明是否吸收了二氧化硫或是磷化氫，
這件事情，目前仍在發酵中。
真理越辯越明
NASA在發表“誠邀撤稿”宣告的后一天，忽然去掉了論文中要求撤稿的部分，而是改成了更冷靜的“我們所測量的資料，與論文中所展示的資料不符”。
不過，對于此事，網友們已經熱議開來。
有網友調侃這個12階多項式時表示：我做畢業論文的時候，5階就已經蒙混過關了……
還有網友想到了NASA在Nature發表過的主題為“砷可以在DNA中取代磷”的論文，然而最后也是被打臉了，
但也有網友認為，統計學的確是個充滿玄學的問題，
而NASA金星研究組的成員Byrne則認為，這篇論文再一次激起了人們對于金星的熱情，而它的存在也說明，人們對金星的了解還很匱乏。他認為：
“獲得這些答案的唯一途徑，就是到金星上去，”
如果說早前的討論是，大氣中磷化氫的存在是否能證明金星存在生命，那么現在，連磷化氫存在本身都需要更多的探測結果來證明，
不過，也有觀點認為，合理質疑是好事，“這就是科學真實的樣子”，
不斷地探索發現，才會讓真理越辯越明，
你的論文不也是在一步步的質疑修改中逐步完善的嗎？
Nature原論文：
https:http://www.nature.com/articles/s41550-020-1174-4
三篇質疑：
https:http://arxiv.org/abs/2010.09761
https:http://arxiv.org/abs/2010.14305
https:http://arxiv.org/abs/2010.15188
https:http://news.ycombinator.com/item?id=24980449
https:http://weibo.com/1144755982/JrBBErHaC
https:http://fermatslibrary.com/s/drawing-an-elephant-with-four-complex-parameters
