Vesmírná turistika ještě ani pořádně nezačala platit daně a už se nám tu množí zprávy o detekcích plynů, dokonce snad biosignatur, v atmosférách exoplanet. Nadšení je jistě na místě, kdo by si nepřál potvrzení života mimo naši hroudu? Jenže jak už to ve vědě bývá, ďábel, či spíše démon, se často skrývá v detailu – v tomto případě v komplexnosti a záludnostech modelování atmosférických dat. Právě na tyto démony si posvítila nedávná studie týmu Luise Welbankse.

Když modely tančí a data mlčí

Představte si, že máte hromadu velmi zašuměných dat z dalekohledu, který se dívá na svět vzdálený desítky či stovky světelných let. Z těchto dat, typicky ze změn světla hvězdy při průchodu planety před ní (transmisní spektroskopie), se snažíte vyčíst, jaké plyny se v atmosféře planety nacházejí. Zní to jednoduše, ale není.

Problém se jmenuje „degenerace modelů“. Lidsky řečeno, existuje mnoho různých kombinací plynů a jejich množství, které mohou vytvořit velmi podobný, ne-li identický, signál ve vašich datech. Když tedy vědci tvrdí, že detekovali plyn X, často to znamená, že jejich preferovaný model s plynem X pasuje na data lépe než jejich model bez plynu X. Jenže co když existuje model Y, na který ani nepomysleli, který obsahuje úplně jiné plyny a pasuje na data stejně dobře, nebo dokonce lépe?

Umělecká vize exoplanety K2-18 b, jejíž atmosféru zkoumá vesmírný dalekohled; důraz na nejistotu a komplexnost dat. Zdroj: Generováno AI.

Autoři studie to přirovnávají k hledání jehly v kupce sena, kde ale nevíte, jak jehla vypadá, a navíc je v kupce spousta věcí, které se jehle podobají. Obvykle se testuje jen malý zlomek možných „molekulárních kombinací“, což, zejména u dat s nízkým poměrem signálu k šumu, otevírá dveře falešným poplachům. Tvrzení o detekci tak může být spíše artefaktem neúplného modelování než skutečným objevem. Není divu, že se pak někteří tváří poněkud skepticky, když slyší o „potenciální biosignatuře“ – vzpomeňme třeba nedávný rozruch kolem dimethylsulfidu (DMS) na planetě K2-18 b.

Případ K2-18 b: Biosignatura, nebo jen další model?

Planeta K2-18 b, sub-Neptun v obyvatelné zóně své hvězdy, se stala celebritou poté, co pozorování Webbovým teleskopem naznačila přítomnost nejen metanu a oxidu uhličitého, ale právě i DMS. Molekuly, která je na Zemi spojována predominantně s biologickými procesy. Senzace? Možná, ale Welbanks a kolektiv nabádají ke zdrženlivosti.

Jejich práce ukazuje, že když rozšíříme prostor zvažovaných modelů – tedy když připustíme více možných chemických scénářů – ona údajná detekce DMS se jaksi rozplyne. Předvedli, že řada alternativních modelů, které DMS vůbec neobsahují, dokáže vysvětlit pozorovaná data stejně dobře, a v některých případech dokonce lépe, než model s DMS.

Počet unikátních modelů a párových modelových porovnání, které by byly potřeba k vyčerpávajícímu prohledání modelového prostoru, v závislosti na počtu uvažovaných molekul. Prozkoumání jakékoli významné části tohoto prostoru pro typické modely s >10 molekulami je výpočetně neproveditelné. Tato čísla jsou dolní mezí, protože neberou v úvahu další diskrétní volby atmosférických modelů, jako jsou parametrizace profilu mraků a tlaku a teploty. Zdroj: Welbanks et al. (2025), arXiv:2504.21788v1

Schéma znázorňující závislost detekce plynu - a její význam - na zvoleném referenčním modelu. Zdroj: Welbanks et al. (2025), arXiv:2504.21788v1

Nejde o to, že by DMS na K2-18 b nemohl být. Jde o to, že současná data a standardní metody analýzy nám neumožňují to s dostatečnou jistotou tvrdit. Významnost detekce kriticky závisí na tom, jaké modely pustíme do hry. A jak autoři suše konstatují, pokud nezahrneme všechny relevantní alternativy, můžeme si snadno něco namluvit. Trochu to připomíná situaci, kdy si politik vybírá jen ty statistiky, které podporují jeho „vizi“, že?

Co s tím? Více pokory, méně senzací

Závěry studie nejsou nihilistické, spíše metodologické. Neříkají, že hledání plynů v exoplanetárních atmosférách je marné. Volají však po robustnějším přístupu. Je třeba systematicky prozkoumávat širší škálu modelů a být si vědom inherentních degenerací. Potřebujeme lepší data, ale i lepší způsoby, jak je interpretovat, abychom odlišili skutečný signál od šumu a artefaktů modelování.

Možná je čas na trochu více vědecké skepse a méně mediálního nadšení nad každým „potenciálním“ objevem. Koneckonců, hledání života ve vesmíru je běh na dlouhou trať, nikoli sprint za titulky. A jak praví klasik, mimořádná tvrzení vyžadují mimořádné důkazy. Zatím se zdá, že u K2-18 b a podobných případů ty mimořádné důkazy stále trochu pokulhávají za mimořádnými tvrzeními. Ale kdo ví, třeba nás příští sada dat nebo chytřejší model konečně posune dál. Do té doby berme atmosférické „detekce“ s jistou, ehm, rezervou.

Další čtení:

• Welbanks, L., Nixon, M. C., McGill, P., et al. (2025). The Challenges of Detecting Gases in Exoplanet Atmospheres. arXiv:2504.21788v1 [astro-ph.EP]. (https://arxiv.org/abs/2504.21788)
  • Původní studie, na níž je článek založen. Detailní analýza problematiky modelování a případu K2-18 b. Pro ty, kdo se nebojí rovnic a grafů.
• Madhusudhan, N., Sarkar, S., Constantinou, S., Holmberg, M., Piette, A. A. A., & Moses, J. I. (2023). Carbon-bearing Molecules in a Possible Hycean Atmosphere. arXiv:2309.05566v1 [astro-ph.EP]. (https://arxiv.org/abs/2309.05566)
  • Původní práce týmu z Cambridge, která přišla s možnou detekcí DMS na K2-18 b pomocí JWST. Zajímavé pro srovnání perspektiv.