‘Teken van buitenaards leven’ op Venus berust mogelijk op fout

De waarneming van fosfinegas in de wolken van Venus – een potentieel teken van leven – kan het gevolg zijn geweest van een fout in de bewerking van de gegevens, zo blijkt uit nieuwe analyses.

Gepubliceerd 27 okt. 2020 10:58 CET, Geüpdatet 5 nov. 2020 06:20 CET
Deze met valse kleuren verrijkte opname van Venus werd op 14 februari 1990 op een afstand ...

Deze met valse kleuren verrijkte opname van Venus werd op 14 februari 1990 op een afstand van 2,7 miljoen kilometer gemaakt door de ruimtesonde Galileo. Aan de foto is een blauwige waas toegevoegd om subtiele schakeringen in de wolkenpartijen te benadrukken.

Foto van NASA/JPL

Onlangs ontdekten astronomen een veelbelovende aanwijzing voor de mogelijkheid dat er levensvormen rondzweven in de dichte wolken die de planeet Venus omhullen. Maar het lijkt erop dat de zoektocht naar buitenaards leven nog niet voorbij is, want de nieuwe ontdekking is alweer ter discussie gesteld door nieuw onderzoek.

Vorige maand werd wereldkundig gemaakt dat er fosfinegas in de atmosfeer van Venus was waargenomen. De bekendmaking veroorzaakte een storm van speculaties over de mogelijkheid dat dit gas zou zijn geproduceerd door buitenaardse microben op onze buurplaneet, die momenteel door de NASA als bestemming voor een toekomstige ruimtemissie wordt onderzocht. Maar nu hebben drie onafhankelijke onderzoeksgroepen geen bewijzen kunnen vinden voor de aanwezigheid van fosfine in de Venusiaanse atmosfeer.

Een van de groepen zocht in archieven van eerdere waarnemingen naar tekenen van fosfinegas in de wolken van Venus , maar vond niets.

Ze zeggen dat ze geen fosfine kunnen ontdekken. En dat is erg problematisch,” zegt Conor Nixon, een planetoloog van het Goddard Space Flight Center van de NASA die niet betrokken was bij deze analyse. De nieuwe studie is inmiddels door andere wetenschappers voor publicatie beoordeeld en zal verschijnen in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.

Twee andere groepen namen de oorspronkelijke gegevens van de ‘ontdekkers’ van het fosfine nog eens grondig door en vonden evenmin sporen van het gas.

Maar het waarnemen van een zwak signaal van één specifiek molecuul op een andere planeet is een complex proces, en de auteurs van de oorspronkelijke studie zijn dan ook niet verbaasd dat andere wetenschappers hun werk nader hebben onderzocht.

“Dat is normaal. Dat is hoe wetenschap werkt. Als het om gegevens zou gaan die je gewoon met het blote oog kunt vergaren, als je dat fosfine gewoon kon zien rondzweven, dan zou het al lang geleden zijn ontdekt,” zegt Clara Sousa-Silva van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, een van de auteurs van het oorspronkelijke onderzoek. “Ik ben heel erg opgelucht dat mensen de gegevens eindelijk onder de loep nemen, dat het niet alleen meer om ons draait.”

Schokkende ontdekking

De aanvankelijke waarneming werd in september wetenschappelijk beschreven in het tijdschrift Nature Astronomy. In die studie werd betoogd dat er in de dichte, zwavelhoudende wolken van Venus duizendmaal zoveel fosfine rondzweeft als in de atmosfeer van de aarde. Aangenomen wordt dat de omstandigheden op rotsachtige werelden als Venus en de aarde niet extreem genoeg zijn voor de vorming van het molecuul fosfine, althans niet zonder tussenkomst van levensvormen. Om het hoge gehalte aan fosfinegas in de Venusiaanse atmosfeer te verklaren, zou er hetzij sprake moeten zijn van een of ander metabolisme (dus van een levensvorm) of van een tot nu toe onbekend chemisch proces. (Op aarde wordt fosfine door verschillende microben geproduceerd. Ook mensen creëren fosfine, namelijk in illegale laboratoria voor de productie van methamfetamine en in de halfgeleiderindustrie.)

Het team identificeerde het fosfine met behulp van twee instrumenten die radiogolven opvangen. In 2017 ontdekten Jane Greaves en haar collega’s van de Cardiff University met de James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) op Hawaï mogelijke sporen van fosfine. Maar die observatie moest worden bevestigd, dus nam het team in 2019 zijn toevlucht tot een nog krachtiger instrument: de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een netwerk van 66 radiotelescopen in een hooggelegen woestijn in Chili.

Venus 101
Venus is vernoemd naar de Romeinse godin van de schoonheid en staat bekend om haar uitzonderlijke helderheid. Kom meer te weten over de vulkanen op het oppervlak van Venus, de stormen die door haar atmosfeer razen en het verrassende kenmerk van Venus dat elke planeet of ster aan de nachtelijke hemel doet verbleken.

In de gegevens van ALMA vond het team een zwak signaal op de frequentie waarop eventueel aanwezige fosfinemoleculen in de Venusiaanse atmosfeer energie zouden absorberen, de zogenaamde spectraallijn. Als er op Venus werkelijk zoveel fosfinegas aanwezig was als werd waargenomen, zo stelde het team, dan zou die aanwezigheid moeilijk zijn te verklaren als het gas niet door levensvormen zou zijn geproduceerd. (Een nieuwe analyse van gegevens die in de late jaren zeventig tijdens het bezoek van de ruimtesonde Pioneeraan Venus werden vergaard, lijkt de aanwezigheid van fosfine voorlopig te bevestigen, in afwachting van definitieve conclusies.)

Maar sommige wetenschappers hadden vanaf het begin zo hun twijfels. Zo vroeg John Carpenter, onderzoeker aan het ALMA-observatorium, zich destijds af of het oorspronkelijke team de gegevens wel op de juiste wijze had bewerkt en wees erop dat hun werkwijze valse signalen kon voortbrengen.

Bovendien zoeken astronomen doorgaans naar meerdere spectraallijnen van hetzelfde molecuul om de aanwezigheid ervan te bevestigen, maar die gegevens stonden het team niet ter beschikking.

“Is de spectraallijn er echt en is hij duidelijk?” vraagt ook Nixon zich af. “En als er een spectraallijn wordt waargenomen, is die dan van fosfine? En zo ja, gaat het dan om een levensvorm?”

Controle met een andere telescoop

Rond de tijd van de bekendmaking werkte het team nog aan het bevestigen van de waarneming door middel van spectraallijnen die door telescopen in het infrarood waargenomen kunnen worden, maar dat werk werd vertraagd door de coronavirus-pandemie. Nu heeft een andere groep, waartoe ook Greaves en Sousa-Silva van het oorspronkelijke team behoren, opnieuw gekeken naar archiefgegevens van Venus die door een andere telescoop zijn vergaard, de Infrared Telescope Facility (IRTF)van de NASA op Hawaï.

Uit die observaties, die in 2015 werden gedaan, komt geen duidelijk signaal van fosfine naar voren. De auteurs van de studie, onder leiding van Therese Encrenaz van het Observatoire de Paris, concluderen dat de gegevens een limiet stellen aan de maximale hoeveelheid fosfine die eventueel in de Venusiaanse atmosfeer aanwezig kan zijn, en die ligt viermaal lager dan de oorspronkelijk waargenomen hoeveelheid. Uit de observaties komt ook naar voren dat eventueel aanwezige fosfine alleen op een hoogte kan voorkomen die boven het wolkendek van Venus ligt, wat de aanwezigheid van het gas volgens de astronomen zeer onwaarschijnlijk maakt, aangezien het gas in die contreien zeer snel zou worden afgebroken.

Sousa-Silva wijst op verschillende verklaringen voor het gebrek aan fosfine in de infraroodmetingen. De hoeveelheid fosfine in de atmosfeer kan in de loop der tijd variëren of er is bij de infraroodmetingen niet diep genoeg in het wolkendek gekeken om de eerder waargenomen hoeveelheden te kunnen detecteren. Ook nu zijn de teamleden niet eensgezind als het gaat om het hoogtebereik van de infraroodmetingen.

“Ik geloof dat Encrenaz gelijk heeft en dat er dáár geen fosfine aanwezig is,” zegt Sousa-Silva. “Maar de vraag is: wat is dáár? Op welke hoogte zijn deze observaties gedaan? En betekent het dat we diep genoeg kijken en dat er geen fosfine aanwezig is omdat het er nooit is geweest? Is er geen fosfine aanwezig omdat de hoeveelheid varieert? Of betekent het dat we minder diep hebben gekeken dan we dachten?”

Nieuwe kijk op de data

Terwijl Encrenaz en leden van het oorspronkelijke team de gegevens van de IRTF aan het doorspitten waren, haalden twee andere teams de eerste waarnemingen nog eens door de computer. Maar bij geen van deze beide onafhankelijke analyses van de gegevens werden sporen van het gas gevonden.

De eerste groep, bestaande uit zo’n 25 onderzoekers, kon geen aanwijzingen voor de aanwezigheid van fosfine in de gegevens van de JCMT en ALMA vinden. De JCMT observeerde wél een spectraallijn op de juiste frequentie, maar het team denkt dat dit kan worden verklaard door de aanwezigheid van zwaveldioxidegas in de atmosfeer van Venus, dat toevallig een spectraallijn op dezelfde positie genereert.

“Het is een welbekend gas op Venus,” zegt Nixon. “Helemaal niet ongewoon.”

De gegevens van ALMA, waarmee observaties met een extreem hoge resolutie gedaan kunnen worden, waren wat ingewikkelder om te analyseren. Voor ultragevoelige telescopen als ALMA kunnen heldere objecten in de nabijheid, zoals de planeet Venus, problemen veroorzaken. Om een specifiek signaal uit het felle signaal van Venus te isoleren, moesten de astronomen de radiogolven die door de aarde, door Venus zelf en zelfs door apparatuur van het observatorium worden uitgezonden, uit de gegevens filteren.

“Het gaat om een zeer ingewikkelde reductie van data,” zegt Bryan Butler van het National Radio Astronomy Observatory, die met behulp van ALMA onderzoek doet naar systemen in het zonnestelsel en aan de nieuwe analyse meewerkte. “Venus is een zeer helder object. Ze is erg groot, terwijl het signaal van een eventuele spectraallijn zeer zwak is.”

Om de zaken nog ingewikkelder te maken, detecteerde ALMA onlangs een fout in het eigen kalibratiesysteem, waardoor het spectrum van Venus voor onderzoekers als Greaves en haar collega’s vol ruis zat. “Deze gegevens zijn erg rommelig, bevatten veel ruis en zijn zeer zwak,” zegt Sousa-Silva. (ALMA-wetenschappers hebben de oorspronkelijke gegevens van Venus uit het archief verwijderd en bewerken ze momenteel opnieuw.)

Bij de oorspronkelijke waarneming maakte het team gebruik van een techniek die ‘polynomiale aanpassing’ wordt genoemd. Daarbij zochten de onderzoekers naar de spectraallijn van fosfine door de achtergrondruis in het gebied rond de spectraalpositie van fosfine op mathematische wijze op te schonen. In principe stelt deze methode astronomen in staat om te bepalen welke gedeelten van de observaties uit ruis bestaan en welke uit echte signalen. Toen de onderzoekers het spectrum eenmaal van achtergrondruis hadden ontdaan, meenden ze dat het fosfinesignaal nog duidelijk genoeg was om van een echte waarneming te spreken.

Maar andere astronomen zijn sceptisch over de databewerking van het team. Om het fosfinesignaal uit zo’n rommelige set van gegevens te isoleren, verwijderde het team de achtergrondruis met behulp van een polynoom met een hoge waarde, wat betekent dat er méér variabelen dan gebruikelijk werden gebruikt om de gegevens op te schonen. Bovendien baseerden de onderzoekers hun model van de achtergrondruis ook op gedeelten van het spectrum die buiten het gebied lagen waar ze het fosfinesignaal dachten aan te treffen – een methode waarmee normaliter wordt voorkomen dat een eventueel signaal door onbekende ruis wordt verhuld. Maar door het combineren van een hoogwaardige polynoom met een dataset die veel ruis bevat, zouden er kunstmatig valse signalen kunnen ontstaan op de positie waar de fosfine werd verwacht.

“Je kunt de aansluiting op een set aan gegevens altijd verbeteren door meer variabelen toe te voegen, maar je moet dan wel een rekenmodel hanteren dat je vertelt hoever je daarin kunt gaan,” zegt Meredith MacGregor, astronoom aan de University of Colorado in Boulder. “Op een bepaald moment ben je bezig om ruis aan te passen en signalen te versterken die er niet zijn.”

Butler downloadde de ALMA-dataset en begon weer helemaal bij het begin. Hij voerde enkele van de oorspronkelijke kalibraties opnieuw uit en bewerkte de dataset daarna zoals dat normaliter wordt gedaan. Hij vond geen bewijzen voor de aanwezigheid van fosfine in het spectrum van Venus.

“Ik heb gewoon toegepast wat in mijn ervaring de beste methode is om dit soort gegevens te bewerken,” zegt Butler. “Als je niet voor de methoden kiest die zij hebben gebruikt, duikt het kenmerk van fosfine niet op.” Toen zijn collega’s de gegevens op dezelfde manier bewerkten als het oorspronkelijke team had gedaan, ontdekten Butlers collega’s bovendien dat de polynomiale aanpassing tot valse spectraallijnen kon leiden.

Ook bij een andere analyse van de ALMA-gegevens, onder leiding van Ignas Snellen en zijn collega’s van de Sterrewacht Leiden, werd geen spoor van de aanwezigheid van fosfine gevonden. En ook het Leidse team meldde dat de aanpassing met behulp van een hoogwaardig polynoom tot meerdere foutieve spectraallijnen kon leiden.

“Ze hebben aangetoond dat dit aanpassingsproces heel veel problemen kan opleveren,” zegt Nixon. “Het is zeer humeurig en kan kenmerken evengoed produceren als verwijderen. Uiteindelijk weet je dan niet meer waar je naar zit te kijken.”

Greaves en haar team willen geen commentaar geven op de nieuwe analyses van de ALMA-observaties voordat het observatorium de tijd heeft gehad om de gegevens zelf opnieuw te bewerken.

Blijvende zoektocht

Al deze pogingen om de ontdekking van het fosfine te bevestigen getuigen van de manier waarop wetenschap werkt, zeggen veel van de geraadpleegde astronomen. Maar hoewel de onafhankelijke herhaling van waarnemingen en experimenten een belangrijk onderdeel is van het verifiëren van wetenschappelijk onderzoek, gebeurt het veel minder vaak dan het eigenlijk zou moeten. Het definitieve antwoord op de vraag of er fosfine op Venus aanwezig is, zal moeten wachten totdat de nieuwe analyses door andere wetenschappers zijn beoordeeld en dan worden gepubliceerd – en op hun beurt kritisch zijn bekeken. Ook zal er misschien opnieuw naar de Venusiaanse atmosfeer gekeken moeten worden.

“We hebben meer observaties nodig, zodat we niet steeds afhankelijk zijn van deze paar datasets, die zeer veel ruis bevatten,” zegt Sousa-Silva. “De les is dat we op zoek moeten gaan naar meer observaties en meer gegevens.”

De onderzoekers zijn vol vertrouwen dat het mysterie rond de aanwezigheid van fosfine in de nabije toekomst zal worden opgelost. “Ik denk dat de wetenschap zichzelf corrigeert, en idealiter hoeft het in deze tijd van het internet en dergelijke niet jaren te duren voordat we dingen hebben gecorrigeerd,” zegt Nixon.

Uitzonderlijke beweringen vragen om uitzonderlijke bewijzen. “Het zal niet de eerste keer zijn dat bevindingen niet juist blijken te zijn,” zegt Butler.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer