|
Надвигающийся кризис в астробиологии
|
|
|
|
Многомиллиардные программы космических телескопов — это не только достижения аэрокосмической инженерии. В них также присутствует «ложь, наглая ложь и статистика». Или, по крайней мере, статистика. Она там определенно присутствует, как и во всей хорошей наблюдательной астрономии. Проблема со статистикой в том, что для получения четкого и однозначного ответа необходимо множество образцов. И, мягко говоря, трудно найти множество образцов планет с внеземной жизнью. И еще труднее доказать, что сигналы, которые мы считаем вызванными внеземной жизнью, не вызваны каким-либо другим небиологическим процессом. По крайней мере, такова теория, лежащая в основе новой статьи, доступной на сервере препринтов arXiv, от Дэвида Киппинга из Колумбийского университета (и известного по YouTube-каналу Cool Worlds).
|
|
|
|
Проблема заключается в том, что Дональд Рамсфельд, бывший министр обороны США, метко назвал «неизвестными неизвестными». Будь то оружие массового поражения в Ираке или жизнь на инопланетных планетах, неизвестные неизвестные — одни из самых сложных понятий в статистике.
|
|
|
|
В частности, в области астробиологии они, скорее всего, проявляются в виде «искажающих факторов» — или ложноположительных результатов. У нас есть печальная история ложноположительных результатов обнаружения жизни на других планетах — от марсианских «каналов» до фосфина в атмосфере Венеры — которые позже оказались следствием абиотических процессов. И до сих пор существует множество неизвестных нам способов, которые могли бы привести к «неопровержимым доказательствам», которые астробиологи восприняли бы как явный признак жизни, а позже выяснилось бы, что это последствия грозы в метановом облаке или какого-либо другого статистически маловероятного события.
|
|
|
|
|
|
|
В байесовской статистике, используемой большинством астрономов, когда вы не знаете вероятности чего-либо, вы используете так называемое «диффузное априорное распределение». По сути, вы указываете математические параметры — я понятия не имею, насколько распространена жизнь, и я также понятия не имею, насколько вероятно, что этот сигнал генерируется каким-то процессом, который я не понимаю и который не имеет биологической природы. Проблема, как показывает доктор Киппинг в своей статье, заключается в том, что, когда вы это делаете, математика быстро выходит из-под контроля.
|
|
|
|
Для достижения байесовского коэффициента 10 (то есть, чтобы доказательства существования жизни были в 10 раз сильнее, чем доказательства ее отсутствия), количество планет, подлежащих исследованию, варьируется от всего лишь 12 366 до колоссальных 44 триллионов. Следует помнить, что все эти планеты должны иметь одинаковую анализируемую сигнатуру — так работает статистика. Также следует помнить, что на момент написания статьи мы обнаружили всего около 6200 подтвержденных экзопланет. Другими словами, нам нужно было бы удвоить общее количество подтвержденных экзопланет, и все эти экзопланеты должны были бы иметь абсолютно одинаковый сигнал потенциальных биосигнатур, чтобы соответствовать фактическим статистическим требованиям для однозначного обнаружения жизни.
|
|
|
|
Говоря прямо — этого не произойдет в ближайшее время. И доктор Киппинг подчеркивает это в своей статье. Хотя он предлагает решение, которое звучит так, будто оно позаимствовано прямо из арсенала Кремниевой долины — A/B-тестирование. Для анализа экзопланет он предлагает разделить группу экзопланет с одинаковым потенциально интересным сигналом на две группы, но с ключевой особенностью — обе группы должны иметь одинаковый уровень ложноположительных результатов. Это означало бы, что, по крайней мере математически, этот «неизвестный фактор» компенсировался бы, что сделало бы сравнение между двумя группами, по крайней мере, более прямым.
|
|
|
|
Хотя математическая основа этого подхода элегантна, в реальности он сталкивается с огромной проблемой — как найти две группы планет, где «жизнь» ведёт себя по-разному, но неизвестные химические процессы, которые могут быть причиной сигналов, которые мы интерпретируем как жизнь, протекают совершенно одинаково на всех планетах?
|
|
|
|
Проще говоря, вероятность этого почти так же мала, как вероятность обнаружения 44 триллионов экзопланет в ближайшие 25 лет. Таким образом, похоже, что 25 экзопланет, которые планирует исследовать Обсерватория обитаемых миров после запуска в следующем году, — это лишь капля в море статистических данных, которые нам понадобятся, чтобы однозначно доказать существование жизни на другой планете.
|
|
|
|
Но доктор Киппинг, как правило, оптимистичен по натуре и считает, что кто-то в сообществе астробиологов придумает остроумную концепцию, которая сможет решить эту проблему. Как он пишет в статье, «агностический анализ любого поиска биосигнатур в ближайшем будущем будет зависеть от этого момента». Он прав — и пока мы не сможем разработать такую систему, вся наша работа по наблюдению за другими планетами для выявления четких биосигнатур служит лишь дополнительным доказательством, а не однозначным открытием. Это значит, что настало время статистикам взять на себя ответственность и, возможно, спасти астробиологию.
|
|
|
|
Источник
|
