تردیدهایی که درباره‌ی کشف فسفین در سیارهی ناهید وجود دارد
بررسی‌های تازه‌ی برخی از دانشمندان نشان می‌دهد که تشخیص گاز فسفین (Phosphine) در ابرهای سیارهی ناهید که به‌عنوان نشانه‌ی احتمالی حیات هم درنظر گرفته می‌شود، ممکن است فقط به دلیل شیوه‌ی پردازش داده‌ها باشد.
به‌تازگی ستاره‌شناسان اعلام کردند که ممکن است در میان ابرهای سیارهی ناهید فسفین یافته باشند. با وجود آنکه تلاش‌های برای بررسی این سیاره توسط ناسا، روسیه و شرکت‌های خصوصی ادامه دارد اما به‌نظر می‌رسد که امید برای یافتن حیات در پی این نشانه با چالش مواجه شده است، زیرا تحقیقات جدید از پایه چنین کشفی را زیر سؤال می‌برند. تشخیص گاز فسفین در جو سیارهی زهره این پرسش را ایجاد کرد که آیا این گاز توسط میکروب‌های بیگانه در سیاره تولید می‌شود؟ اما اکنون سه مطالعه‌ی مستقل انجام شده، نتوانسته‌اند شواهدی از این گاز را در جو ناهید بیابند.
یکی از گروه‌ها با استفاده از مشاهدات بایگانی شده، علائم گاز موجود در ابرهای سیاره را جست‌وجو کرد و چیزی پیدا نکرد. «کانور نیکسون» (Conor Nixon) دانشمند علوم سیاره‌ای مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا درباره‌ی این مقاله که برای چاپ در نشریه‌ی Astronomy & Astrophysics پذیرفته شده است، گفت: «آن‌ها می‌گویند که فسفین را نمی‌بینند و این واقعا مسأله‌ساز است.»
دو گروه دیگر از دانشمندان داده‌های اصلی تیم کشف فسفین را دوباره پردازش کردند و آن‌ها هم نتوانستند شواهدی مبنی بر وجود فسفین بیابند. اما تشخیص یک سیگنال ضعیف از یک مولکول خاص در یک سیارهی دیگر یک فرآیند پیچیده است و نویسندگان اصلی این تحقیق تعجب نمی‌کنند که دانشمندان دیگر کار دقیق آن‌ها را بررسی می‌کنند.
«کلارا سوزا سیلوا» (Clara Sousa-Silva) از نویسندگان این مقاله خاطرنشان کرد: «این طبیعی است و علم همین‌گونه است. اگر این داده‌هایی بود که می‌توانستید با چشم غیرمسلح می‌توانستید به آن‌ها نگاه کنید و فسفین را ببینید، مدت‌ها پیش کشف شده بود. من خیلی خوشحالم که ما تنها نیستیم و دیگران هم بالاخره به این داده‌ها نگاه می‌کنند.»
یک کشف شگفت‌انگیز
کشف اولیه‌ی فسفین که در نشریه‌ی Nature Astronomy در ماه سپتامبر منتشر شد، نشان می‌دهد که مقدار گاز فسفین شناور در میان ابرهای سولفوریک اسید غلیظ ناهید، بیش از هزار برابر زمین است. این در حالی است که تصور نمی‌شود در سیارات سنگی مانند ناهید و زمین، شرایط به اندازه‌ی کافی شدید باشد که مولکول‌های فسفین بدون وجود حیات هم تولید شوند.
برای توضیح مقدار زیاد گاز فسفین در جو ناهید، نوعی متابولیسم موجودات زنده یا یک فرآیند شیمیایی ناشناخته لازم است. بر روی زمین میکروب‌های مختلف فسفین می‌سازند و انسان هم محیط‌های آزمایشگاهی و به‌عنوان بخشی از صنعت نیمه‌رسانا آن را تولید می‌کند.
این تیم با استفاده از دو ابزاری که مشاهده‌ی امواج رادیویی، فسفین را شناسایی کردند. ابتدا در سال ۲۰۱۷ «جین گریوز» (Jane Greaves) و همکارانش از دانشگاه کاردیف با استفاده از تلسکوپ جیمز کلرک مکسول (James Clerk Maxwell) در هاوایی چیزی را یافتند که می‌توانست فسفین باشد. اما این مشاهدات نیاز به تأیید داشت و در سال ۲۰۱۹ تیم به یک ابزار قدرتمندتر متوسل شد. آرایه‌ی بزرگ میلی‌متری آتاکاما (آلما) که شبکه‌ای متشکل از ۶۶ دیش رادیویی در صحرای مرتفع شیلی است.
کشف فسفین در ابرهای غلیظ سیارهی زهره
Credit: ESO/M. Kornmesser/L. Calçada & NASA/JPL/Caltech
این تیم در داده‌های آلما یک سیگنال کم‌نور در فرکانس جذبی مولکول‌های فسفین در جو ناهید یافت که به عنوان یک خط طیفی شناخته می‌شود. طبق استدلال این تیم اگر واقعا مقدار زیادی فسفین در جو ناهید وجود داشته باشد، تولید زیستی آن دشوار خواهد بود. تجزیه‌وتحلیل اخیر از داده‌های کاوشگر پایونیر ناهید هم که در اواخر دهه‌ی ۱۹۷۰ میلادی از این سیاره بازدید کرد، تا حدی از وجود فسفین پشتیبانی می‌کند اگرچه نمی‌توان آن را تأیید کند.
با این وجود برخی از دانشمندان به نتایج مشکوک بودند. در آن هنگام؛ «جان کارپتنر» (John Carpenter) دانشمند رصدخانه‌ی آلما روش تجزیه‌وتحلیل داده‌ها توسط دانشمندان تیم اصلی را زیر سؤال برد و این احتمال را داد که روش آن‌ها سیگنال‌های نادرست ایجاد کرده است. علاوه بر این ستاره‌شناسان برای تأیید حضور فسفین در جو ناهید، به دنبال چندین خط طیفی تولید شده توسط همان مولکول هستند، مشاهداتی که تیم اصلی انجام نداده است.
نیکسون در این زمینه گفت: «آیا خط طیفی واقعا وجود دارد و آیا قابل توجه است؟ اگر خط طیفی وجود داشته باشد، آیا فسفین است؟ و اگر باشد آیا نشانه‌ای برای حیات است؟»
بررسی دوباره با تلسکوپی دیگر
در زمان اعلام خبر کشف فسفین در جو زهره، تیم اصلی هنوز به دنبال تأیید تشخیص به صورت خطوط طیفی بود که می‌تواند با تلسکوپ‌های فروسرخ مشاهده شود. مشاهداتی که با گسترش همه‌گیری کرونا به تعویق افتاد.
اکنون تیم دیگری، که «جین گریوز» (Jane Greaves) و سوزا سیلوا از تیم اصلی شناسایی فسفین نیز همراه آن هستند، با استفاده از داده‌های بایگانی‌شده‌ی یک تلسکوپ دیگر، تلسکوپ فروسرخ ناسا در هاوایی، نگاهی به سیارهی ناهید انداخته‌اند.
تلسکوپ فروسرخ ناسا در هاوایی
Credit: NASA
این مشاهدات که در سال ۲۰۱۵ انجام شده، نشان‌دهنده‌ی سیگنال قوی از فسفین نیست. نویسندگان این مقاله با هدایت «ترز انکرناز» (Therese Encrenaz) رصدخانه‌ی پاریس، نتیجه گرفتند که داده‌ها یک حداکثر برای سطح فسفین ممکن در جو ناهید تعیین می‌کند که یک چهارم مقدار تشخیص داده شده است. مشاهدات همچنین حاکی از آن است که هر فسفینی باید در ارتفاعات بالای ابرهای سیاره قرار داشته باشد و این موضوع به نظر ستاره‌شناسان بعید است زیرا در این صورت، گاز به سرعت تجزیه می‌شود.
سوزا سیلوا به چند توضیح درباره‌ی کمبود فسفین در مشاهدات فروسرخ اشاره می‌کند. نخست مقادیر فسفین ممکن است در طول زمان متفاوت باشد یا مشاهدات فروسرخ ممکن است به اندازه‌ی کافی در عمق ابرها نفوذ نکند تا بتواند گاز را در سطح گزارش شده، شناسایی کند. حتی اکنون، تیم این پژوهش در مورد ارتفاع اندازه‌گیری مشاهدات فروسرخ توافق ندارند.
سوزا سیلوا گفت: «من کار انکرناز را باور دارم و بنابراین هیچ فسفینی در آنجا وجود ندارد. فقط مسأله این است که آنجا کجاست؟ ارتفاعی که ما در حال بررسی آن هستیم چیست؟ و آیا بدین معنی است که اگر ما به اندازه‌ی کافی اعماق ابرها را می‌کاویم و فسفینی نمی‌بینیم، یعنی هرگز آنجا نبوده است؟ یعنی فسفین وجود ندارد، چون متغیر است؟ یا بدین معنی است که ما به طور عمیق بررسی نکرده‌ایم؟»
نگاهی دیگر به داده‌ها
در حالی که انکرنازو اعضای تیم کشف فسفین، داده‌های IRTF را مرتب می‌کردند، دو تیم دیگر داده‌های اصلی مورد استفاده برای شناسایی را دوباره پردازش می‌کنند و هیچ یک از تجزیه‌وتحلیل‌های تازه و مستقل از این داده‌ها نمی‌تواند رد پای قابل اعتمادی از گاز فسفین پیدا کند.
گروه اول متشکل از دوازده پژوهشگر، نتوانستند شواهدی برای فسفین در هر دو داده‌های JCMT و ALMA بیابند. JCMT یک خط طیفی را در فرکانس مناسب تشخیص داده است اما تیم تحقیق نشان می‌دهد که این خط طیفی را می‌توان با گوگرد دی‌اکسید در جو ناهید توضیح داد که به طور تقریبی یک خط طیفی را در همان موقعیت ایجاد می‌کند. به گفته‌ی نیکسون این یک گاز شناخته‌شده در ناهید است و اصلا بحث‌برانگیز نیست.
داده‌های آلما که مشاهدات با وضوح بالا تولید می‌کند برای تجزیه‌وتحلیل پیچیده‌تر بود. اجسام روشن و نزدیک مانند ناهید می‌تواند آرایه‌های تلسکوپ فوق‌العاده حساس مانند آلما را با مشکل روبه‌رو کند. برای دریافت سیگنال‌های لازم از مشاهدات ناهید، ستاره‌شناسان ناچار شدند امواج رادیویی تولید شده توسط جو زمین، خود ناهید و حتی تجهیزات موجود در رصد را حذف کنند.
«برایان باتلر» (Bryan Butler) از رصدخانه‌ی نجوم رادیویی ملی که اجرام منظومه‌ی شمسی را با استفاده از آلما مطالعه می‌کند، گفت: «این کاهش داده‌ها بسیار مشکل است. ناهید یک جرم بسیار روشن بزرگ است و حتی تشخیص آن‌ها از خط در صورت واقعی بودن هنوز یک خط ضعیف است.»
برای پیچیده‌تر کردن مسائل، به‌تازگی رصدخانه‌ی آلما خطایی را در سیستم کالیبراسیون خود شناسایی کرده است که باعث ایجاد طیف ناهید با نویز زیادی برای مطالعه‌ی گریوز و همکارانش شد. سوزا سیلوا گفت: «این داده‌ها نامنظم، پر از نویز بسیار حساس است.» بر این اساس آلما داده‌های اصلی ناهید را از بایگانی حذف کرده و اکنون در حال پردازش دوباره‌ی آن است.
طرحی از خطوط طیفی فسفین (داده‌های آلما به رنگ سفید، داده‌های مکسول به رنگ خاکستری) همراه نمایی از سیارهی ناهید
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Greaves et al. & JCMT (East Asian Observatory)
با استفاده از تکنیکی به نام «برازش چندجمله‌ای» تیم اصلی کشف فسفین با حذف ریاضی نویز پس‌زمینه در اطراف محدوده‌ی طیفی این گاز، به دنبال خط طیفی آن گشتند. در اصل این نوع تحلیل به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد تا پیش‌بینی کنند که کدام قسمت از مشاهدات نویز کدام سیگنال واقعی است. با این کار، ستاره‌شناسان نتیجه گرفتند که سیگنال فسفین به اندازه کافی قابل توجه است که آن را تشخیص این گاز بدانند.
اما ستاره‌شناسان دیگر نسبت به پردازش داده‌های تیم بدبین هستند. برای بیرون کشیدن سیگنال فسفین از یک مجموعه داده‌ی به‌هم ریخته، تیم با استفاده از چند جمله‌ای مرتبه‌ی بالا، نویز پس‌زمینه را کم کرد و این بدان معنی است که نسبت به روند معمول از متغیرهای بیشتری برای مدل‌سازی داده‌ها استفاده می‌شود.
علاوه بر این، تیم پژوهش ناهید نویز پس‌زمینه را با نگاه به بخش‌هایی از طیف در خارج از محدوده‌ی مورد انتظار برای کشف فسفین، مدل‌سازی کردند. روشی که به طور معمول مانع از پنهان شدن سیگنال احتمالی توسط یک نویز ناشناخته می‌شود. با این وجود ترکیب یک چندجمله‌ای مرتبه‌ی بالا با یک مجموعه داده‌ی پر از نویز، ایجاد مصنوعی یک سیگنال کاذب را در جایی که فسفین وجود دارد، ممکن می‌سازد.
«مریدیت مک‌گرگور» (Meredith MacGregor) ستاره‌شناس دانشگاه کلرادو بولدر گفت: «هیمشه می‌توان متناسب با مجموعه، برازش داده‌ها را با افزودن متغیرهای بیشتر بهبود بخشید. اما باید معیاری را برای زمان توقف زیاد کردن متغیرها، تعریف کرد. زیرا در غیر این صورت، برخی مواقع نویز و سیگنال‌هایی ایجاد می‌شود که واقعی نیستند.»
باتلر برای بررسی بیشتر، داده‌های آلما را بارگیری و از ابتدا شروع به کار کرد. برخی از کالیبراسیون‌های اولیه را دوباره انجام داد و سپس داد‌ها را به روش معمول پردازش کرد اما او هیچ مدرکی از وجود فسفین در طیف ستاره پیدا نکرد.
او خاطرنشان کرد: «من فقط از آنچه طبق تجربه‌ام بهترین روش برای کاهش این نوع داده‌ها می‌دانم استفاده کردم. اگر از روشی که تیم اصلی انجام داده‌اند نرویم، فسفین را پیدا نخواهیم کرد.» علاوه بر این هنگامی که همکاران او با داده‌ها مشابه تیم اصلی رفتار کردند، دریافتند که برازش چندجمله‌ای می‌تواند خطوط طیفی کاذبی تولید کند.
تجزیه‌وتحلیل داده‌های آلما به سرپرستی «ایگناس اسنلن» (Ignas Snellen) و همکارانش از رصدخانه‌ی لیدن هم نتوانست هیچ نشانه‌ای از وجود فسفین نشان دهد. به طور مشابه این تیم گزارش داد که برازش چندجمله‌ای مرتبه‌ی بالا، می‌تواند چندین خط طیفی جعلی ایجاد کند.
نیکسون تأکید کرد: «آن‌ها نشان دادند که این روند متناسب می‌تواند واقعا مشکل‌ساز باشد. این بسیار وابسته به شرایط است و به همان آسانی که می‌تواند ویژگی‌هایی را ایجاد کند، می‌تواند از بین ببرد و در نهایت شما دیگر واقعا مطمئن نیستید که به چه چیزی نگاه می‌کنید.»
در این خصوص گریوز و تیم او تا زمانی که رصدخانه فرصت پردازش مجدد داده‌ها را نداشته باشد، حاضر به اظهار نظر در مورد تجزیه‌وتحلیل‌های تازه‌ی مشاهدات آلما نیستند.
جست‌وجوی ادامه‌دار
بسیاری از ستاره‌شناسان می‌گویند که این تلاش‌ها برای تأیید کشف فسفین دقیقا شیوه‌ی کار علمی است. اگرچه همانندسازی مستقل آن طور که باید معمول نیست، اما یک بخش اصلی در تأیید کشف‌های انجام شده است. تصمیم نهایی در مورد وجود قطعی فسفین در ناهید وابسته به بررسی دقیق و انتشار تجزیه‌و تحلیل‌های تازه و در صورت نیاز رصد بیشتر این سیاره است.
«سوزا سیلوا» (Sousa-Silva) گفت: «ما به مشاهدات مرتبط بیشتر نیاز داریم. بنابراین به چند مجموعه داده‌ی پر از نویز اعتماد نمی‌کنیم. این درسی برای تجزیه‌وتحلیل بیشتر و کسب داده‌های بیشتر است.»
با وجود بحث‌های گوناگون درباره‌ی کشف فسفین در زهره، پژوهشگران اطمینان دارند که با گذشت زمان به رمز و راز این گاز دست می‌یابند. نیکسون تأکید کرد: «من فکر می‌کنم که علم در حال اصلاح خود است و در حالت ایدئال در این دوره با اینترنت و غیره، سال‌های زیادی طول نمی‌کشد که دانسته‌های خود را اصلاح کنیم.»
باید گفت که ادعاهای بزرگ نیازمند شواهد بزرگ است و آن طور که باتلر می‌گوید: «اگر این نتیجه اشتباه باشد، اولین نخواهد بود.»
عکس کاور: عکس ثبت شده از سیارهی ناهید توسط فضاپیمای گالیله از فاصله‌ی تقریبی ۲٫۷ میلیون کیلومتری، که برای تشخیص بهتر ابرها به آبی تغییر رنگ داده شده است.
Credit: NASA/JPL
منبع: National Geographic
