|
В поисках жизни на экзопланетах ничего не найти - уже слишком
|
|
|
|
Что, если поиски человечеством жизни на других планетах не принесут результатов? Команда исследователей во главе с доктором Даниэлем Ангерхаузеном, физиком из группы профессора Саши Кванца по экзопланетам и обитаемости в ETH Zurich и филиале Института SETI, занялась этим вопросом, рассмотрев, что можно узнать о жизни во Вселенной, если будущие исследования не обнаружат признаков жизни на других планетах.
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в журнале Astronomical Journal и проведенное в рамках Швейцарского национального центра исследований планет, опирается на байесовский статистический анализ для определения минимального количества экзопланет, которые следует наблюдать, чтобы получить значимые ответы о частоте появления потенциально обитаемых миров.
|
|
Учет неопределенности
|
|
|
|
В исследовании делается вывод, что если бы ученые исследовали от 40 до 80 экзопланет и нашли "идеальный" результат - отсутствие обнаружения, они могли бы с уверенностью заключить, что менее чем на 10-20% подобных планет есть жизнь. В Млечном Пути эти 10% соответствовали бы примерно 10 миллиардам потенциально обитаемых планет.
|
|
|
|
Результаты такого рода позволили бы исследователям установить значимый верхний предел распространенности жизни во Вселенной, оценка которого до сих пор оставалась недостижимой.
|
|
|
|
|
|
|
Однако в этом "идеальном" нулевом результате есть существенная загвоздка: каждое наблюдение сопровождается определенным уровнем неопределенности, поэтому важно понимать, как это влияет на достоверность выводов, которые могут быть сделаны на основе полученных данных.
|
|
|
|
Неопределенности в наблюдениях за отдельными экзопланетами принимают различные формы: неопределенность интерпретации связана с ложноотрицательными результатами, которые могут соответствовать отсутствию биосигнала и неправильной маркировке планеты как необитаемой, в то время как так называемая неопределенность выборки вносит искажения в наблюдаемые выборки. Например, если в список включены нерепрезентативные планеты, даже если на них нет определенных согласованных требований к наличию жизни.
|
|
Задавайте правильные вопросы
|
|
|
|
"Дело не только в том, сколько планет мы наблюдаем, но и в том, чтобы задавать правильные вопросы и насколько мы можем быть уверены в том, что увидим или не увидим то, что ищем", — говорит Ангерхаузен. "Если мы не будем осторожны и чрезмерно уверены в своих способностях идентифицировать жизнь, даже масштабное исследование может привести к ошибочным результатам".
|
|
|
|
Такие соображения весьма актуальны для предстоящих миссий, таких как международная миссия по изучению большого интерферометра для экзопланет (LIFE), возглавляемая ETH Zurich. Цель LIFE - исследовать десятки экзопланет, сходных по массе, радиусу и температуре с Землей, изучая их атмосферы на наличие признаков воды, кислорода и даже более сложных биосигналов.
|
|
|
|
По словам Ангерхаузена и его коллег, хорошей новостью является то, что запланированное количество наблюдений будет достаточно большим, чтобы сделать важные выводы о распространенности жизни в окрестностях галактики Земля.
|
|
|
|
Тем не менее, в исследовании подчеркивается, что даже продвинутые инструменты требуют тщательного учета и количественной оценки неопределенностей и предубеждений, чтобы гарантировать статистическую значимость результатов.
|
|
|
|
Например, чтобы устранить неопределенность в выборке, авторы указывают, что конкретные и поддающиеся измерению вопросы, такие как "Какая часть скалистых планет в пригодной для жизни зоне Солнечной системы демонстрирует явные признаки наличия водяного пара, кислорода и метана?", предпочтительнее гораздо более неопределенного вопроса "На скольких планетах есть жизнь?"
|
|
|
|
Влияние предыдущих знаний
|
|
|
|
Ангерхаузен и его коллеги также изучили, как предполагаемые предыдущие знания — называемые в байесовской статистике априорными — о данных переменных наблюдения повлияют на результаты будущих опросов. С этой целью они сравнили результаты, полученные с помощью байесовской модели, с результатами, полученными с помощью другого метода, известного как частотный подход, который не содержит априорных значений.
|
|
|
|
Для такого объема выборки, на который нацелены такие миссии, как LIFE, влияние выбранных приоритетов на результаты байесовского анализа является ограниченным, и в этом сценарии две системы дают сопоставимые результаты.
|
|
|
|
"В прикладной науке байесовскую и частотную статистику иногда интерпретируют как две конкурирующие школы мышления. Как специалисту по статистике, мне нравится рассматривать их как альтернативные и дополняющие друг друга способы понимания мира и интерпретации вероятностей", - говорит соавтор Эмили Гарвин, которая в настоящее время является аспиранткой в группе Куанца.
|
|
|
|
Гарвин сосредоточился на частотном анализе, который помог подтвердить результаты команды и проверить их подход и предположения.
|
|
|
|
"Небольшие различия в научных целях исследования могут потребовать применения различных статистических методов для получения надежного и точного ответа", - отмечает Гарвин.
|
|
|
|
"Мы хотели показать, как различные подходы обеспечивают взаимодополняющее понимание одного и того же набора данных и, таким образом, представляют дорожную карту для внедрения различных систем".
|
|
|
|
Эта работа показывает, почему так важно правильно сформулировать исследовательские вопросы, выбрать подходящую методологию и тщательно спланировать выборку для надежной статистической интерпретации результатов исследования.
|
|
|
|
"Одно положительное обнаружение изменило бы все, — говорит Ангерхаузен, — но даже если мы не найдем жизнь, мы сможем количественно оценить, насколько редкими - или обычными - на самом деле могут быть планеты с обнаруживаемыми биосигналами".
|
|
|
|
Источник
|
