[论文解读] 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 7

一句话总结

本文通过证明JCMT信号源于约100 ppbv的SO₂吸收，而ALMA数据由于严重的校准问题并未显示PH₃信号，从而质疑了在金星大气中检测到磷化氢（PH₃）的报告。通过多种工具进行的独立分析确认不存在PH₃信号，光化学模型也排除了在70公里以上高度存在PH₃的可能性，从而否定了原始检测声明。

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.

研究动机与目标

• 通过独立的数据分析重新评估声称在金星大气中检测到磷化氢（PH₃）的结论。
• 调查在JCMT和ALMA数据中观测到的光谱特征是否可由其他大气成分（尤其是SO₂）解释。
• 评估ALMA数据校准的可靠性及其对报告的PH₃检测的影响。
• 评估在70公里以上高度PH₃生成的光化学可行性，该高度是信号来源所需的位置。
• 基于数据和建模，判断原始的金星大气中PH₃检测是否在科学上成立。

提出的方法

• 使用多种独立的干涉仪分析工具重新分析ALMA数据，以确保结果稳健并消除工具特异性偏差。
• 对ALMA数据应用基线校准修正，以解决影响光谱保真度的报告校准问题。
• 模拟金星中间层在约100 ppbv SO₂浓度下的预期吸收谱线，匹配Greaves等人（2020）图9中给出的SO₂丰度。
• 在观测频率下模拟SO₂的预期光谱特征，以与JCMT和ALMA数据中报告的PH₃信号进行比较。
• 评估金星大气的光化学网络，以确定在70公里以上高度PH₃生成与稳定性的可能性。
• 通过比较观测数据与SO₂和PH₃的合成光谱，进行光谱对比分析，以确定信号的真实来源。

实验结果

研究问题

• RQ1 JCMT数据中报告的PH₃信号是否可由中间层中合理丰度的SO₂吸收完全解释？
• RQ2 ALMA数据中的校准误差在多大程度上损害了PH₃检测的可靠性？
• RQ3 在使用多种工具进行独立校准和分析后，ALMA数据中是否存在PH₃的任何证据？
• RQ4 PH₃生成所需的高度（70公里以上）在金星大气中是否具有光化学可行性？
• RQ5 归因于PH₃的光谱特征是否与金星大气化学的光化学模型一致？

主要发现

• JCMT数据中观测到的PH₃特征可完全由约100 ppbv的SO₂吸收解释，其谱线与Greaves等人（2020）的SO₂分布一致。
• 在使用多种干涉仪工具进行独立校准和分析后，ALMA数据未显示任何PH₃信号。
• 原始ALMA数据处理中严重的基线校准问题使该数据集中报告的PH₃检测无效。
• 为产生观测到的光谱特征，PH₃必须存在于70公里以上的高度，这与金星大气的光化学模型相矛盾。
• 光谱建模、独立数据重处理和光化学约束的综合证据否定了金星大气中存在真实PH₃检测的可能性。
• 基于当前数据和物理约束的分析，原始的金星大气中PH₃检测结论缺乏支持。