全球新資訊：科學(xué)家警告：現(xiàn)有模型并不完全具備處理韋伯?dāng)?shù)據(jù)的能力

由于這個(gè)鍍金望遠(yuǎn)鏡， Twitter 有一天因?yàn)橐粋€(gè)昏暗的紅點(diǎn)而瘋狂。在48小時(shí)內(nèi)，全世界的人們都在目不轉(zhuǎn)睛地看著一個(gè)在時(shí)間本身誕生后不久的星系。

【資料圖】

但來(lái)自麻省理工學(xué)院的科學(xué)家警告說(shuō)，人們應(yīng)該考慮擁有“超級(jí)英雄”望遠(yuǎn)鏡的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)后果。

他們想知道，如果JWST就像一個(gè)從零到一百的"范圍"升級(jí)，那么科學(xué)模型是否也需要從零到一百的重新啟動(dòng)？科學(xué)家們幾十年來(lái)一直使用的數(shù)據(jù)集是否無(wú)法與該設(shè)備的能力相匹配，因此在揭示它試圖告訴我們的東西方面有所欠缺？

根據(jù)周四發(fā)表在《自然-天文學(xué)》雜志上的一項(xiàng)新研究，答案是肯定的。更具體地說(shuō)，這篇論文表明，科學(xué)家們通常用來(lái)了解系外行星大氣層的一些光解析工具并不完全具備處理JWST特殊光數(shù)據(jù)的能力。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這樣的阻礙可能會(huì)影響JWST最大規(guī)模的探索：尋找地外生命。

該研究的共同作者、麻省理工學(xué)院地球、大氣和行星科學(xué)系的研究生Prajwal Niraula在一份聲明中說(shuō)：“目前，我們用來(lái)解密光譜信息的模型還達(dá)不到我們從詹姆斯-韋伯望遠(yuǎn)鏡得到的數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量。”“我們需要提高我們的水平。”

這里是思考這個(gè)難題的一種方式。在發(fā)現(xiàn)系外行星的過(guò)程中，科學(xué)家將一堆深空光線，或光子，數(shù)據(jù)輸入測(cè)試"不透明度"的模型。不透明度衡量的是光子如何輕易地穿過(guò)一種材料，并根據(jù)光的波長(zhǎng)、材料溫度和壓力等因素而有所不同。

這意味著每一次這樣的互動(dòng)都會(huì)留下光子屬性的蛛絲馬跡，因此，當(dāng)涉及到系外行星時(shí)，這些光子是通過(guò)什么樣的化學(xué)大氣到達(dá)光探測(cè)器的。這就是科學(xué)家如何從光數(shù)據(jù)中反向計(jì)算出系外行星的大氣層是由什么組成的。

在這種情況下，探測(cè)器的“聯(lián)絡(luò)人”是詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡 -- 但在該團(tuán)隊(duì)的新研究中，在對(duì)最常用的不透明度模型進(jìn)行測(cè)試后，研究人員看到JWST的光數(shù)據(jù)遇到了他們稱之為"準(zhǔn)確性墻"的問(wèn)題。

研究人員說(shuō)，該模型不夠敏感，無(wú)法解析諸如一顆行星的大氣溫度是300還是600開(kāi)爾文，或者某種氣體占大氣層的5%還是25%。這種差異不僅具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而且按照Niraula的說(shuō)法，“對(duì)于我們約束行星的形成機(jī)制和可靠地識(shí)別生物特征也很重要”。就是說(shuō)，外星生命的證據(jù)。

更糟糕的是，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)其模型有點(diǎn)掩蓋了其不確定的讀數(shù)。一些調(diào)整可以很容易地掩蓋不確定性，在結(jié)果不正確的情況下將其視為一個(gè)良好的擬合。

麻省理工學(xué)院EAPS的助理教授和研究報(bào)告的共同作者Julien de Wit在一份聲明中說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，即使有一個(gè)錯(cuò)誤的模型，也有足夠的參數(shù)可以調(diào)整，以獲得良好的擬合，這意味著你不會(huì)知道你的模型是錯(cuò)誤的，它所告訴你的是錯(cuò)誤的。”

展望未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)敦促改進(jìn)不透明度模型，以適應(yīng)我們壯觀的JWST的啟示--特別是呼吁天文學(xué)和光譜學(xué)之間的交叉研究。

“如果我們完全知道光和物質(zhì)是如何相互作用的，有很多事情是可以做的，”Niraula說(shuō)。“在地球周圍的條件下，我們知道得足夠好，但是一旦我們轉(zhuǎn)移到不同類型的大氣層，事情就會(huì)發(fā)生變化，這就是大量的數(shù)據(jù)，質(zhì)量越來(lái)越高，我們有可能被誤解。”

De Wit將目前的不透明度模型比作古代語(yǔ)言翻譯工具羅塞塔石碑，他解釋說(shuō)，到目前為止，這個(gè)“羅塞塔石碑”一直做得很好，比如說(shuō)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。

“但是現(xiàn)在我們要以韋伯的精度進(jìn)入下一個(gè)層次，”這位研究人員說(shuō)，“我們的‘翻譯’過(guò)程將阻止我們捕捉重要的細(xì)微之處，例如那些使一個(gè)星球是否適合居住的區(qū)別。”