Kuolleena kuopattu
Väitetyn biomarkkerin väitetystä löydöstä väitetysti elinkelpoisen planeetan K2-18 b kaasukehässä on kulunut vasta muutama viikko, ja ensimmäiset kiinnostavat havaintojen uudelleenanalysoinnit on jo julkaistu. Oikeastaan riippumattomia tieteellisen vertaisarvioinnin läpikäyneitä tuloksia ei vielä ole, mutta tulosten odottaessa virallista tieteellistä leimaansa, niiden sanomaa voidaan jo tarkastella tutkijoiden saatettua artikkeleitaan luettaviksi ennakkojulkaisuina.
Arizonan osavaltion yliopiston tutkijoiden ja astronomi Luis Welbanksin johtaman ryhmän artikkeli käy käsiksi Nikku Madhusudhanin väitettyyn biomarkkerin havaintoon määrätietoisella tavalla. Lähtökohtaisesti, tavoitteena on määrittää mitä molekyylejä eksoplaneetan kaasukehässä on suodattamassa tähden valoa ylikulkujen aikana. Silloin on valittava edustava ja kattava joukko mahdollisia molekyylejä, ja tarkasteltava havaintoja suhteessa niihin kaikkiin. Jotta olisi mahdollista määrittää mitkä molekyylit suodattavat säteilyä pois eri aallonpituuksilla, on laskettava millä todennäköisyydellä niiden läsnäolo vaaditaan havaintojen selittämiseksi. Lisähaasteita ja rajoitteita tuovat fysiikan ja kemian lainalaisuudet, mutta ne auttavat rajoittamaan mallivalintaa vain vähän. Malliin vaikuttavat lisäksi planeetan pilvisyys ja pilvien peittävyys, kaasukehän lämpötilajakautuman ja paineen vaikutus, sekä kemiallisten reaktioiden herkkyys erilaisissa olosuhteissa ja erilaisten molekyylien läsnäollessa.
Kokonaisuutena oleelliseksi muodostuu kaksi tekijää. Ensimmäinen tekijä on se, kuinka paljon yksittäisen molekyylin lisääminen kaasukehän malliin parantaa mallin selitysvoimaa ja sopivuutta havaintoihin. Jos parannus on merkittävää, on molekyylin sisältävän mallin paremmuus osoitettu ainakin suhteessa malliin, jossa molekyyliä ei ole. Kyse on kuitenkin valtavasta havaintojen analysointiprojektista. On lisättävä malliin yksi molekyyli kerrallaan, laskettava lukuarvo mallin todennäköisyydelle, ja verrattava tulosta muita molekyylejä tai niiden yhdistelmiä sisältäville malleille. Mitä useampi molekyyli malliin lisätään, sitä paremmin malli saadaan sopimaan mihin tahansa havaintoihin, mikä on huomioitava analysoinnissa. Monimutkaisempia malleja on siksi rangaistava monimutkaisuudestaan tieteenfilosofiaa lukeneille tutun Occamin partaveitsen mukaisesti.
Ongelma ei kuitenkaan ratkea puhtaan mekaanisesti erilaisia malleja vertaamalla, koska kuvaan saapuu toinen syy. Mahdollisten mallivaihtoehtojen määrä kasvaa nopeasti aivan liian suureksi mallinnettavien molekyylien määrän kasvaessa. Yksittäisen molekyylin suhteen on kaksi mallinnusvaihtoehtoa. Joko molekyyli on mukana mallissa tai ei ole. Silloin jo kymmenen molekyylin valinta tuottaa erilaisia mallivaihtoehtoja yli tuhat. Vastaavasti, kahdenkymmenen molekyylin testaaminen tuottaa jo yli miljoona mallivaihtoehtoja, joten ei ole minkäänlaisia realistisia mahdollisuuksia käydä läpi koko mallivaihtoehtojen skaalaa kattavalla tavalla. Planeettojen kaasukehissä voi kuitenkin ajatella olevan useita kymmeniä molekyylejä havaittavina pitoisuuksina, joten tutkijoiden on koetettava rajoittaa mallien määrää subjektiivisilla tavoilla. Ei kuitenkaan liian radikaalisti, jotta ei päädyttäisi vertailemaan liian suppeaa mallikokoelmaa.
Tilanteessa on erinomaisia oikopolkuja. Jos jotkin tutkijat raportoivat joidenkin molekyylien signaalien selittävän havainnot, on yksinkertaisesti riittävää tulosten kyseenalaistamista etsiä toisia realistisia molekyylien kombinaatioita, jotka sopivat havaintoihin yhtä hyvin. Jos jonkin biomarkkeriksi ajatellun molekyylin havainto voidaan selittää yhtä hyvin tai jopa paremmin toisten, elottomissa prosesseissa syntyvien molekyylien avulla, on selvää, että elämän merkkien havaintoa ei voida pitää millään tavalla uskottavana. Madhusudhanin ryhmän tulosten suhteen muita mahdollisia molekyylejä löytyykin mainiosti. Welbanks kollegoineen raportoi, miten useat elottomissa prosesseissa syhtyvät kaasut voivat selittää planeetan K2-18 b kaasukehän havainnot, ja parhaaksi kombinaatioksi he ehdottavat metaanin, hiilidioksidin ja propyynin seosta (Kuva 1.). Propyyni on kolmen hiiliatomin ja neljän vetyatomin muodostama yksinkertainen molekyyli, jota on havaittu omassa aurinkokunnassammekin. Sitä esiintyy jokaisen kaasuplaneettamme kaasukehässä, ja yhdistettä on havaitu myös Saturnuksen kuun, Titanin, kaasukehästä. Biomarkkereiksi kaavailtujen molekyylien, kuten dimetyylisulfidin, olemassaoloa ei siten tarvita millään tavalla selittämään planeetan K2-18 b kaasukehästä tehtyjä mittauksia. On siksi mahdotonta sanoa, että puheilla elämän merkkien havaitsemisesta voisi olla tapauksen suhteen minkäänlaista spekulaatiota suurempaa arvoa.
Huomionarvoista Welbanksin ryhmän tuloksissa on heidän testinsä erilaisilla hiilivedyillä, joita tiedetään esiintyvän kaasuplaneettojen kaasukehissä. Tutkijoiden mukaan, mitkä tahansa hiilivedy, joita he mallissaan koettivat (yhteensä 90 erilaista), paransivat mallin sovitusta suhteessa yksinkertaiseen vertailumalliin, joka sisälsi vain kahta kaasua, metaania ja hiilidioksidia. Lisäksi, kokonainen kourallinen hiilivetyjä erilaisia paransi mallia enemmän kuin Madhusudhanin ryhmän suosikkimolekyyli, dimetyylisulfidi. Siksi jonkinlainen kaasuplaneetoille tyypillinen, elottoman kemian kaasuseos selittää havainnot aivan mainiosti sikäli, kun ylimääräisiä selittäviä tekijöitä edes tarvitaan. Verrattuna ainoastaan metaania ja hiilidioksidia sisältävään malliin, minkään yhdisteen havaintoa ei voitu tehdä riittävän merkitsevällä tavalla, jotta voitaisiin puhua molekyylin tosiasiallisesta havainnosta.
Tieteen parasta antia on kuitenkin pluralismi, kun tutkijat esittävät omia tuloksiaan omista lähtökohdistaan käsin varsin auliisti. Vaikka jokaisella on omat subjektiiviset ajatuksensa ennen havaintojen tekoa ja niiden analysointia, on tutkijoiden päätelmissä nähtävissä yhteneväisyyttä jokaisen tehdyn havainnon jälkeen. Kaikki havainnot pakottavat tutkijat hylkäämään joitakin aiempia näkemyksiään, paitsi niiden kohdalla, jotka ovat olleet oikeassa. Ja vaikka konsensusta ei suoranaisesti löytyisikään, jokainen uusi havainto vie lähemmäksi totuutta, joskin vain pienen askeleen kerrallaan.
Pluralismia planeetan K2-18 b tapauksessa edustaa toinen hiljattain ennakkojulkaisuna ilmestynyt artikkeli, jonka kirjoittajana on Lorenzo Pica-Camarra ryhmineen Cambridgen yliopistosta, Englannista. He raportoivat käyneensä läpi peräti 650 erilaista molekyyliä etsiessään parasta tapaa selittää JWST:n kahdella eri instrumentilla otetuissa läpäisyspektreissä olevia vaihteluita. Ryhmä toteaa julkaisussaan parhaiden molekyylien olevan dimetyylisulfidi, dietyylisulfidi ja metyyliakrylonitriili, joista jälkimmäiset ovat jo verrattaen monimutkaisia mutta jokainen syntyy omalla planeetallamme vain elävien organismien aineenvaihduntatuotteena.
Pica-Camarra kumppaneineen raportoikin kattavalla tavalla kuinka hyvin luettelon molekyylit sopivat havaintoaineistoon kokonaisuutena. Tulokset ovat täysin sopusoinnussa Welbanksin julkaisun tulosten kanssa. Myös Pica-Camarra havaitsi propyynin olemassaolon sopivan havaintoihin oikein hyvin, joskin eräs toinen molekyyli sopi vieläkin paremmin. Kloorietaani osoitautui parhaaksi vaihtoehdoksi, mutta artikkelissa ei kuitenkaan vaikutettu huomioivan kloorietaanin esiintymisen mahdollisuutta millään konkreettisella tavalla ja lopulta artikkelissa lähinnä päätellään dimetyylisulfidin selittävän havainnot oikein hyvin. Uskon kyseen olevan subjektiivisesta valinnasta, joka johtuu siitä, että artikkeli on saman Nikku Madhusudhanin johtaman ryhmän käsialaa, joka julkaisi alkuperäisen tutkimuksen dimetyylisulfidin löydöstä biomarkkerina.
Tieteellisenä käytäntönä kyse on joka tapauksessa omituisesta toiminnasta. Tutkijoiden tulosten perusteella voidaan sanoa jälleen kerran, että läpäisyspektrit antavat viitteitä jonkin yhdisteen tai yhdisteiden vaikutuksesta havaintoihin, mutta yhdenkään molekyylin havainto ei ole riittävän merkitsevä, jotta sitä voitaisiin kutsua todelliseksi havainnoksi. Lisäksi, useiden molekyylien (puhumattakaan niiden yhdistelmistä) voidaan katsoa selittävän havainnot aivan yhtä hyvin. Se, miksi tutkijat sittenkin edelleen keskityvät biomarkkeriksi ajateltuun dimetyylisulfidiin on tulkintani mukaan ryhmän rakastumista omiin ajatusrakennelmiinsa. Kovin tieteellisenä sitä ei voida pitää.
Yhdestä asiasta olemme kuitenkin yhtä mieltä. Jotta planeetan K2-18 b luonne ja koostumus selviäisivät luotettavammalla tavalla, tarvitaan lisää havaintoja. Ei kuitenkaan ole minkäänlaisia syitä ajatella planeetan olevan mitään muuta kuin tavallinen minineptunus, jonka kaasukehässä toden totta esiintyy monipuolista kemiaa. Elävien organismien aineenvaihduntatuotteksi tulkituista yhdisteistä ei kuitenkaan voida sanoa mitään varmaa, ja koko planeetta tuskin on millään kuviteltavissa olevalla tavalla elinkelpoinen.