►探索未知之路，图片来源：Marko Cvrković

撰文 | 张晓佳（香港大学）、毛淑德（清华大学、国家天文台）

责编 | 吕浩然

· 他们脚踏几千米高原，只为多仰望星空一眼（附一至十期文章）

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科学家在自己的学术生涯中多多少少会犯错，其中大部分是微不足道的小错误，只要发一个期刊勘误表订正下就可以了。但有些就比较“严重”，它们起初作为重大研究发现而粉墨登场，之后却被证明是个错误[1]，对此，有人承认是自己搞砸了，也有人拒绝这样做。

有趣的是，这类错误有时并非全无意义，它们当中有一些为后续的研究发现提供了灵感和方向，间接地对所在领域做出了贡献。今天，就让我们借助系外行星领域的两个“重要发现”来体会一下这类错误在科学探索的征途中所扮演的角色。

我的《自然》文章错了——“第一个”系外行星发现

1992年1月15日，在亚特兰大召开的美国天文学会年会上，作者之一与在场的上千位同行一样，正翘首以待一场天文学界划时代的学术报告：关于首个系外行星发现的报告。今天，天文学家已经发现了3700多个系外行星，可在当时这个发现却是零的突破，其意义之重大显而易见，所以整个会场充满了无比的期待和激动！

但谁也不曾想到，报告开始后，演讲人却对着在场上千位同行的面宣布，自己之前的研究结果是错的！这位来自英国曼彻斯特大学的天文学家，安德魯·萊恩（Andrew Lyne）教授，曾在六个月前公布了一个惊人的发现[2]：他在某个脉冲星周围探测到了行星（脉冲星是恒星经历超新星爆发后剩下的恒星残骸）。

►图1：脉冲星示意图，图片来源：Michael Kramer

脉冲星是旋转的中子星，它的射电脉冲就像灯塔的信号一样，会随着他的自转周期性地到达地球，堪称是宇宙中极为精准的时钟（见图1）。但如果它周边存在系外行星， 脉冲星与行星的互相绕转会使得脉冲星的位置不断移动，从而使其信号到达地球的时间也发生变化。这个变化虽然非常微小，但却使我们能以此来探知系外行星的存在。

当然，脉冲星边上有系外行星听上去简直不可思议：一个行星怎么可能经受住超新星剧烈的爆炸而留存下来呢？因为，超新星爆发是恒星演化末期时经历的一种剧烈的爆炸过程，其强度十分惊人，可以在短短几天内照亮所处的整个星系。虽然有这样的疑问，但在彻底排查之后，莱恩和他的两位合作者认为，除此之外（脉冲星周边存在系外行星）没有其它的解释了。

他们的结果随后发表在了《自然》（Nature）杂志上[2]，莱恩也藉此受邀在一月份即将举行的美国天文年会上做演讲。

然而，就在距离演讲还有几星期的某个晚上，莱恩猛然意识到自己在计算中忽视了一个并不复杂但却至关重要的因素——地球公转轨道并不是严格的圆轨道，而是个椭圆。当他在计算中修正了这一点后，“行星不见了”。

若干年后，当莱恩对作者之一提起这件事时，依然能感受到那次失误带给他的沉痛打击，他也表示：要不是自己发现并承认了这个错误，其他人可能不易发现。

其实在科研界，乌龙事件出乎意料地常见，虽然其中不乏明目张胆的欺诈行为，但更多的情况是：某个用已知的（通常还是十分普通的）自然规律就可以解释的现象，由于科学家们考虑不周而被误以为是新发现。“不要自欺欺人是（科学研究的）首要原则，”在加州理工学院1974年的毕业典礼上，物理学家理查德·费曼（Richard  Feynman，1918.5.11 - 1988.2.15）这样说道，“而你自己往往是最容易受骗的那个人。”

同样是犯错，不同的人对待错误的方式却有高下之分的。尽管有些尴尬，但莱恩自己发现了这个失误并及时宣之于众，这也使他免于遭受此事可能带来的更严重的后果，无异于悬崖勒马。

那一天，当莱恩在众人面前承认自己的失误后，全场的天文学家都起立报以热烈的掌声。他的确是搞错了，但他发现了自己的失误并坦然承认。“这是我所见过的最光荣（honorable）的事情，”当时主持报告的約翰·勃寇教授（John Bahcall，一位曾在普林斯顿高等研究学院任职的天文学家，现已离世）对迈克尔·莱蒙尼克（Michael Lemonick，曾长期担任《时代》杂志的科学作家，现为《科学美国人》的评论编辑）这样说道，“一个优秀的科学家会苛求用诚实的态度对待一切事物，而你刚才见证了这一点。”

►图2: 艺术家描绘的脉冲星行星系统PSR B1257+12，图片来源：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt

有意思的是，安德魯·萊恩的错误发现，却促进了亚历山大·沃尔兹森（Alex Wolszczan）和戴尔·弗雷（Dale Frail）迅速用同样的方法在1992年另一颗脉冲星PSR B1257+12附近找到了系外行星[4]（见图2）。当然，在其工作中，他们吸取了莱恩的教训，排除了地球公转是椭圆轨道的影响。

可以说，莱恩教授的失误堪比一剂催化剂，为系外行星领域的发展贡献了力量。而他也在“犯错”之后的1996年入选英国皇家学会院士（他在脉冲星领域做出了极为重要的贡献，包括第一个双脉冲星的发现，作者之一与其共事10年）。

我的《科学》文章没错——火星上的细菌化石

►图3: 陨石ALH84001，图片来源：NASA

再来看看另一个曾轰动一时的重大发现。那是在1996年，有人宣布在火星陨石Allan Hills 84001（简称ALH84001 ，见图3）上找到了细菌化石的存在证据[5]。

1984年12月27日，美国的南极陨石搜寻计划小组（Antarctic Search for Meteorites，ANSMET）在南极阿兰山（Allan Hills）发现了这块名为ALH84001的陨石，人们认为它是最古老的火星陨石之一，是从40.91亿年前的熔岩中结晶出来的。

根据化学分析，它可能起源于火星表面还存在液态水的时期。一种理论认为，ALH84001在1700万年前的一次陨石撞击中飞离火星，并于13000年前掉落在地球上。1996年8月6日，在《科学》（Science）上发表的一篇文章使ALH84001成为了热门话题，文章的作者，美国宇航局（NASA）的科学家大卫·麦凯（David McKay）声称这块陨石可能携带了揭示火星生命迹象的证据[6]。

许多人迫不及待地表示这些化石是证明外星生命存在的首个真凭实据，该研究发现也成为了全球各地的头条新闻[7]。当时的美国总统比尔·克林顿还在电视上发表正式通告来纪念此事，就连卡尔·赛根（Carl Sagan）也说，“这些结果如果得到证实，将成为人类历史上的一个转折点[8]。” 但也有些人认为，该发现并不足以说明火星表面存在生命迹象。

这一消息引发的巨大争议并不令人吃惊，因为有关火星生命的新闻向来都会成为头版头条，无论发现的是现有的、还是已经灭绝的火星生命。天体生物学，也就是搜寻太阳系外行星和生命迹象的学科，是很多科学家想要掘金、获得突破性进展的领域。

但事实证明， 这一研究领域也是虚假发现的墓地，因为在这里，“莱恩的行星”随处可见，很多一开始被看做地外行星或者地外生命存在的证据都经不起时间的检验。

►图4：电子显微镜下的高分辨率图像显示ALH84001具有一种不寻常的管状微观结构（红圈所示），其直径还不到人类头发直径的1%。图片来源：NASA

起初，科学家们之所以认为在ALH84001上发现了细菌样生命形式的化石，凭借的是岩石在扫描电镜下呈现出的微观结构（见图4）。ALH84001所呈现出的微观结构体直径为20～100纳米，与理论上纳米细菌的大小相近，但小于任何当时已知的细胞生命体。

如果像所谓的生物成因假说理论认为的那样，它们是某种生命形式留下的化石，那它们将成为外星生命存在的第一个坚实有力的证据。当然，这里暗含了一个前提假设：它们没有被地球环境污染过。

来自美国宇航局的大卫·麦凯认为，在其它火星陨石中发现的被地球环境污染过的微生物所呈现出的微观结构与ALH84001上的微观结构不太一样。特别是，ALH84001上的微观结构体看起来和陨石的本土原料是共生关系（或被包含关系），而被污染过的微生物则不太可能具有这种特征。

虽然无法确切地解释ALH84001的这些特征是如何形成的，但由D.C. Golden领导的一个小组（其中包括大卫·麦凯的弟弟戈登·麦凯（Gordon McKay））在实验室中基于非生物材料重现了与之类似的特征。

对此，大卫·麦凯表示，这些实验结果是以自然界不存在的超纯原料为起点，“不能解释我们在ALH84001中发现的诸多特征”。按照大卫·麦凯的说法，一个靠谱的非生物模型，“必须能同时解释ALH84001具有的，在我们和其他人看来，可能源于生物作用的所有特性”。

简单来说，麦凯的意思是：虽然我不能解释为什么，但你那个也不对！然而科学界的其他人却并不同意麦凯的观点，对他提出的和火星生命相关的证据都持强烈的怀疑态度。

►图5：有些磁铁矿（magentite）也可以由地球上的细菌所产生[9]，图片来源：Siim Sepp/Creative Commons ShareAlike

实际上，在1996年《科学》文章发表后的几年中，科学家们逐渐舍弃了有关ALH84001的证据中站不住的地方，并最终把焦点放在了从ALH84001的碳酸盐中找到的磁铁矿（magnetite）颗粒物上（图5）。

一些地球上的细菌含有磁铁矿颗粒，这使它们能够依据地球磁场取向，并沿着它移动，寻找对其生存最有利的条件。所以，这些颗粒也被当成火星上存在生命的佐证之一。然而另一些研究表明，用激波加热碳酸盐也可以产生磁铁矿颗粒物，这使得磁铁矿这一证据也变得没那么有说服力了[10]。

尽管如此，当年宣布这一发现的大卫·麦凯（已于2013年去世）和他的同事们却始终坚持他们最初的看法，这也导致他们在科学界的地位被逐渐边缘化，但不得不说，他们的研究开创了天体生物学这一领域[11]，也许这才是他们对行星科学所做的最重要，也是最持久的贡献吧。

错与没错

爱因斯坦说过，“一个人不曾犯错是因为他不曾尝试新事物（Anyone who has never made a mistake has never tried anything new）”。科学研究就是一个不断探索，却又难免犯错的过程，莱恩和麦凯可能都在这个过程中摔倒过，但它们用不同的方式去面对。当然，最后的结果也不尽相同。

仅以此文，献给所有勇于探索、难免犯错而又勇于承认的科学家们！

参考文献：

[1] Brilliant Blunders From Darwin to Einstein - Colossal Mistakes by Great Scientists That Changed Our Understanding of Life and the Universe, Mario Livio, Simon & Schuster, 2013.

[2] Bailes, M., Lyne, A. G., Shemar, S. L. 1991, Nature, 355, 321 (https://www.nature.com/articles/352311a0)

[3]http://www.slate.com/articles/health_and_science/science/2012/10/scientists_make_mistakes_how_astronomers_and_biologists_correct_the_record.html

[4] Wolszczan, A., Frail, D. A., 1992, Nature, 355, 145 (http://adsabs.harvard.edu/abs/1992Natur.355..145W)

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Allan_Hills_84001

[6] McKay, D. S. et al. 1996, Science, 273, 5277 (http://science.sciencemag.org/content/273/5277/924)

[7] http://www.nytimes.com/1996/08/07/us/clues-in-meteorite-seem-to-show-signs-of-life-on-mars-long-ago.html

[8] https://usatoday30.usatoday.com/tech/science/space/2006-08-06-mars-life_x.htm

[9] https://www.newscientist.com/article/dn13863-magnetic-rocks-may-reveal-martian-life/

[10] https://www.astrobio.net/mars/the-continuing-controversy-of-the-mars-meteorite/

[11] https://www.space.com/33690-allen-hills-mars-meteorite-alien-life-20-years.html