[論文レビュー] No phosphine in the atmosphere of Venus

G. L. Villanueva, Martin Cordiner+25 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2020

Astro and Planetary Science参考文献 16被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、バーナスの大気におけるリン化水素（PH₃）の報告された検出を挑戦し、JCMTの信号が約100 ppbvのSO₂吸収に起因することを示している。一方、ALMAデータは深刻なキャリブレーション問題のためPH₃を検出できていない。複数のツールを用いた独立した解析により、PH₃のシグナルは確認されず、光化学的モデルは70 km以上の高度でPH₃が存在しえないことを示しており、元の検出主張は無効である。

ABSTRACT

The detection of phosphine (PH₃) has been recently reported in the atmosphere of Venus employing mm-wave radio observations (Greaves et at. 2020). We here demonstrate that the observed PH₃ feature with JCMT can be fully explained employing plausible mesospheric SO₂ abundances (~100 ppbv as per the SO₂ profile given in their figure 9), while the identification of PH₃ in the ALMA data should be considered invalid due to severe baseline calibration issues. We demonstrate this by independently calibrating and analyzing the ALMA data using different interferometric analysis tools, in which we observe no PH₃ in all cases. Furthermore, for any PH₃ signature to be produced in either ALMA or JCMT spectra, PH₃ needs to present at altitudes above 70 km, in stark disagreement with their photochemical network. We ultimately conclude that this detection of PH₃ in the atmosphere of Venus is not supported by our analysis of the data.

研究の動機と目的

• 独立したデータ解析を用いて、バーナス大気におけるリン化水素（PH₃）の報告された検出を再評価すること。
• JCMTおよびALMAデータにおける観測されたスペクトル特徴が、特にSO₂のような代替的大気成分によって説明可能かどうかを調査すること。
• ALMAデータのキャリブレーションの信頼性と、報告されたPH₃検出に与える影響を評価すること。
• 70 km以上の高度でPH₃の生成が化学的に可能かどうかを評価すること。
• データとモデリングに基づいて、元のバーナス大気におけるPH₃検出が科学的に妥当かどうかを判断すること。

提案手法

• 複数の独立した干渉計解析ツールを用いてALMAデータを再分析し、堅牢性を確保し、ツール固有のバイアスを排除すること。
• スペクトルの忠実度に影響を与えるとされる報告されたキャリブレーション問題を解消するため、ベースラインキャリブレーション補正をALMAデータに適用すること。
• Greavesら（2020）の図9に示されたSO₂濃度に一致する、約100 ppbvのバーナスの中層圏におけるSO₂吸収プロファイルをモデル化すること。
• 観測周波数におけるSO₂の期待されるスペクトル特徴をシミュレートし、JCMTおよびALMAデータにおける報告されたPH₃シグナルと比較すること。
• バーナス大気の光化学的ネットワークを評価し、70 km以上の高度でPH₃の生成と安定性が可能かどうかを検討すること。
• SO₂およびPH₃からの合成スペクトルと観測データとの比較スペクトル解析を実施し、信号の真の原因を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 JCMTデータにおける報告されたPH₃シグナルは、妥当な中層圏濃度におけるSO₂吸収によって説明可能か？
• RQ2 ALMAデータにおけるキャリブレーション誤差が、PH₃検出の信頼性にどの程度影響を及えるか？
• RQ3 複数のツールを用いた独立したキャリブレーションと解析を経た後、ALMAデータにPH₃の証拠が存在するか？
• RQ4 観測されたスペクトル特徴を生成するためには、PH₃が70 km以上の高度に存在する必要があるが、これはバーナス大気において化学的に妥当か？
• RQ5 PH₃に帰属されるスペクトル特徴は、バーナス大気の光化学的化学に整合するか？

主な発見

• JCMTデータにおけるPH₃特徴は、Greavesら（2020）の図9に示されたSO₂プロファイルに一致する約100 ppbvのSO₂吸収によって完全に説明可能である。
• 複数の干渉計ツールを用いた独立したキャリブレーションと解析の結果、ALMAデータにはPH₃シグナルが確認されない。
• 元のALMAデータ処理における深刻なベースラインキャリブレーション問題により、そのデータセットにおけるPH₃検出報告は無効である。
• 観測されたスペクトル特徴を生成するには、PH₃が70 km以上の高度に存在する必要があるが、これはバーナス大気の光化学的モデリングに矛盾する。
• スペクトルモデリング、独立したデータ再処理、および光化学的制約の統合的証拠から、バーナス大気における真のPH₃検出は否定される。
• バーナス大気における元のPH₃検出は、現在のデータ分析または物理的制約に基づいては支持されない。