金星有生命迹象是大乌龙，拟合不靠谱
原始标题：NASA科学家联名求撤稿：金星有生命迹象是大乌龙 ， 拟合不靠谱还记得9月14号那篇“金星上有生命”的Nature子刊论文吗？天文学家在金星“大气层”中观测到了磷化氢的迹象 ， 这是金星上有生命的有力证据 。
这可是轰动天文界的大新闻 ， 很多人不敢相信：磷化氢和生命也不见得有必然联系吧？然而 ， 科学家们在仔细研读论文后 ， 一个个都坐不住了：这论文 ， 从数据处理开始就有问题啊！质疑接踵而至 ， 全球多个团队对这篇论文表示怀疑 ， 也包括NASA在内 。NASA研究生命、行星等各领域的科学家们“联名上书”Nature：请作者考虑更正或撤稿 。
所有的质疑都指向一个问题：所谓的磷化氢信号过拟合了 。提出质疑的三个团队 ， 从验证结论时所用的12阶多项式 ， 到观测数据处理的方式 ， 全都“炮轰”了一遍 。他们表示 ， 自己对数据分析的结果与这篇论文并不一致 。也就是说 ， 在金星大气中发现磷化氢的结论可能根本就是错误的 。究竟怎么回事？我们一起来捋一捋 。金星上的磷化氢是怎么观测到的？首先 ， 来看这篇引起轰动的Nature Astronomy论文本身 。天文学家Jane Greaves领导的国际合作研究团队一开始是使用夏威夷的JamesClerk Maxwell望远镜（JCMT）发现了金星大气中的磷化氢 。此后 ， 他们又在智利的Atacama毫米/亚毫米阵列（ALMA）射电望远镜上确认了这一结果 。相隔上亿公里的地球人是如何知道金星上有磷化氢的呢？原来化学分子会吸收某些特定波长的电磁波 ， 就像是这种物质的“身份证” 。 如果我们把从行星上穿过的电波分析一下 ， 发现哪些被吸收了 ， 就可以推测行星上存在某种气体 。比如磷化氢会吸收频率为267GHz的电磁波 。
结果 ， 科学家们在JCMT和ALMA接受的信号中发现 ， 在这个频率上有凹陷 ， 因此认为金星上存在着磷化氢 。而且他们根据吸收这个凹陷的大小算出 ， 金星大气中磷化氢浓度是一亿分之二 。然而想从观测数据中得出结论 ， 并不是像上面说得那样容易 。由于地球大气层、望远镜本身结构等等原因 ， 电磁波难免会受到噪声的影响 ， 自带抖动 。 如果抖动幅度过大 ， 噪声甚至会把信号淹没 。NASA戈达德太空飞行中心的天体化学家Martin Cordiner就指出 ， 使用ALMA这样强大的望远镜观测金星这样明亮的天体时 ， 这个问题会变得尤其严重 。
对此 ， Greaves团队首先在ALMA数据成像之前 ， 排除了所有长度小于33m的甚长基线干涉测量结果 。 因为干涉基线越短 ， 信号中的噪声影响就越大 。另外 ， NASA还发现 ， Greaves的研究团队用多项式方程拟合噪声 ， 然后将其从数据中剔除 。最简单的可以是一阶多项式方程 ， 即 y=mx+b 。 二阶多项式方程则是 y=m0x^2+m1x+b的形式 ， n阶多项式方程以此类推 。本来多项式拟合是常规操作 ， 没有什么 。 但是Greaves团队用了8阶多项式拟合JCMT望远镜的数据 ， 而ALMA望远镜数据 ， 他们居然用到了12阶多项式！
数据拟合方式太“疯狂”？简单总结一下论文的内容 ， 金星上可能存在生命的推断过程是这样的：①通过JCMT望远镜 ， 发现了磷化氢；②再通过ALMA望远镜 ， 确认了这次观测结果 。最早是4名来自荷兰莱顿大学的天文学家 ， 他们发现ALMA观测数据的处理方式有问题 。火眼金睛的他们 ， 一眼就相中了处理（频谱通带部分）噪声的12阶多项式 。12阶多项式 ， 为什么这么离谱？这就要说到实验曲线的拟合问题 。为了让曲线能够尽可能靠近所有实验数据 ， 选择越高阶的多项式来拟合 ， 就越容易实现 。 但是多项式的阶数越高 ， 曲线振荡得也会越厉害 ， 偏离真实的情况 。比如下面的实验数据 ， 本来都在一条直线附近 ， 如果用高阶多项式拟合 ， 则会出现多处峰谷 。
著名数学家冯·诺依曼说过一句名言：给我四个参数 ， 我能拟合出一头大象 ， 给我五个参数 ， 我能让大象鼻子晃起来 。虽然听起来有点不可思议 ， 但这确实是真的 ， 也已经有人用论文实现过了（下面那幅图 ， 是表示用一个参数就能摆动大象的鼻子）：
4个参数已经能达成这样的效果 ， 12阶多项式听起来jo离谱……但天文学家们还是动手又验证了一遍 ， 主要通过两种方法：①对ALMA收集到的金星数据 ， 重新应用相同的降噪方法②用这种降噪方法 ， 对金星光谱的其他部分进行噪声过滤从结果来看 ， 得到的光谱数据不仅不符合高斯分布 ， 而且差得还有点大……
