內森·梅爾沃德——這位富有的前微軟技術專家、現任專利大亨、受過古典訓練的廚師、暢銷書作家、屢獲殊榮的攝影師、擁有博士學位的物理學家和興高采烈的科學惹事精——有了一個新的痴迷：殺手小行星，或者更確切地說，是他懷疑搞砸了研究的研究人員。
天文學家已經發現了超過 14,000 個潛在危險的“近地天體”（NEO），它們以驚人的規律性掠過我們的星球，並估計還有數十萬個等待發現。我們對近地天體的大部分了解都來自單個航天器，即 NASA 的廣域紅外巡天探測器 (WISE) 及其衍生出的 NEOWISE 觀測計劃。但根據梅爾沃德提交給Icarus 雜誌的一篇新的 110 頁論文，NEOWISE 星表的大部分內容完全是錯誤的。他 堅持認為，NEOWISE 團隊嚴重誤算了許多小行星的大小和質量。由於較大的岩石撞擊地球時會產生更大的爆炸，梅爾沃德的說法引發了令人不寒而慄的可能性，即如果將來發現另一顆迷途小行星正朝我們飛來，沒有人會真正知道它有多危險——甚至包括那些所謂的專家。
“我們所知道的大部分小行星都來自 NEOWISE，”梅爾沃德說。“之前最大的調查是 2,200 顆小行星，而他們已經觀察了超過 150,000 顆。數百篇科學論文使用了這些結果，而這些結果應該是可以重複的，但我一直無法做到這一點。這是短期問題。長期問題是，我們必須出於更實際的原因來了解小行星，因為它們一直都在撞擊地球。”
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如果得到證實，梅爾沃德的研究可能會使小行星研究這個小而安靜的領域天翻地覆，使科學教科書、職業生涯和下一代近地天體調查計劃陷入混亂。但 NASA 和 NEOWISE 團隊表示，梅爾沃德的批評 存在嚴重缺陷，並且 NEOWISE 的結果得到了來自多個獨立調查和同行評審研究的資料的證實。“把這篇論文想象成 Windows 2.0 的 alpha 測試版——還沒有完全準備好投入使用，”加州大學洛杉磯分校 WISE 的首席研究員內德·賴特說。“可惜梅爾沃德沒有谷歌的漏洞賞金政策。如果他有，我就發財了。”
噴氣推進實驗室 NEOWISE 的首席研究員艾米·梅因策爾說，梅爾沃德的論文中充滿了數學錯誤——包括一個基本錯誤，即將小行星的直徑與半徑混淆，這導致對某些小行星的大小進行了戲劇性的誤算。例如，梅因策爾指出了一個名為 295 Theresia 的小行星，梅爾沃德的論文將其列為直徑約為 660 公里——使其比灶神星更大，灶神星是小行星帶中的第二大天體。相比之下，來自 WISE 和更早的太空任務紅外天文衛星 (IRAS) 的資料將 295 Theresia 的直徑定為約 30 公里。“他的數學就是錯的，”梅因策爾說。“你不能混淆直徑和半徑——否則你最終會認為一顆 30 公里的小行星比灶神星還大。”
梅爾沃德承認他的論文中存在一些錯誤，並表示他已準備好根據專家反饋進行修訂，但他堅持認為，NEOWISE 團隊是在挑剔表面問題，而不是解決他提出的最實質性的批評，他說這些批評涉及對基本物理學和統計學的根本誤解。
炙熱的岩石，混亂的模型
梅爾沃德於去年 7 月開始分析 NEOWISE 資料，此前他撰寫了另一篇論文，後來在同行評審的太平洋天文學會出版物上 發表，他在其中估計並比較了未來幾種可能的小行星搜尋望遠鏡的效能。其中之一是 近地天體相機 (NEOCam)，這是一種新興的紅外太空望遠鏡，旨在成為 NEOWISE 的繼任者。NEOCam 由梅因策爾和 NEOWISE 團隊的其他負責人提出，是 NASA 正在考慮 用於建造和飛行，最早可能在 2020 年，總成本超過 5 億美元的五個任務概念之一。
在人眼中，大多數小行星都像煤一樣黑，但由於陽光加熱，它們在紅外波長下要亮得多。一般來說，小行星在任何波長下越亮，就越容易探測到——並且結合其他測量，小行星的亮度可以幫助天文學家確定其大小、質量和成分。由於所有這些原因，開發良好的小行星熱模型，瞭解小行星如何吸收和釋放熱量，是利用紅外望遠鏡搜尋和測量小行星大小的重要組成部分。NEOWISE 和 NEOCam 團隊使用此類模型表示，他們可以將小行星大小的估計不確定性降至最低 10%。
梅爾沃德說，去年 7 月，在檢視 NEOCam 團隊提供的熱模型時，他注意到他們忽略了一個基本的物理學原則，稱為 基爾霍夫熱輻射定律——該定律規定了不同波長的光如何根據表面的反射率優先從表面反彈或穿透表面。根據基爾霍夫定律，較暗的物體輻射更多熱量，而較亮、反射率較高的物體輻射較少熱量。梅爾沃德說，如果不考慮基爾霍夫定律，NEOCam 的模型會將從小行星反射的一部分陽光與輻射熱混淆，從而大大增加尺寸估計的不確定性。梅爾沃德轉向 NEOWISE 的熱模型，他說他發現同樣遺漏了基爾霍夫定律。
“所以我開始向 NEOWISE 團隊提問，然後他們停止與我聯絡，”梅爾沃德說。“如果他們給了我答案，我很可能會放棄這件事。相反，我檢查了一下，然後我不斷發現他們工作中的新問題。” 根據梅爾沃德的說法，這些問題包括將小樣本量不恰當地外推到大群體，以及使用無法解釋的臨時規則來查詢資料集中的統計趨勢。梅爾沃德說，如果 NEOWISE 團隊不公開其資料分析技術，他就無法重複他們的結果。但總而言之，他得出的結論是，他發現的問題將 NEOWISE 資料中小行星的大小不確定性推高至 300%，這轉化為小行星質量估計中近 3,000% 的不確定性。
梅因策爾對情況的看法不同。她欣然承認，NEOWISE 和 NEOCam 熱模型（本質上是相同的）確實沒有納入基爾霍夫定律，實際上將所有小行星都視為理想化的、半照明的球體，其自轉完全垂直於太陽系的黃道面。這些模型最後一次更新是在 1998 年，它們粗略地將形狀、表面紋理和熱容量等更精細的細節塞進一個引數中，這個引數遠未接近捕捉小行星的真實複雜性。然而，它們似乎工作得非常好。梅因策爾說，同行評審的研究已經證實，這些模型估計的大小與來自地面調查以及兩個較舊的紅外太空望遠鏡 IRAS 和 AKARI 的小行星獨立測量結果非常吻合。“在理想的世界中，我們會有一個模型，其中包含所有影響基爾霍夫定律的因素，”她說。“但我們根本沒有關於大多數小行星的這些資訊。”
至於溝通中斷，在梅因策爾的版本中，她和她的同事只是在經歷了很長一段時間的應對梅爾沃德的大量問題並對他的論文初稿提供反饋後，才變得不那麼積極回應。“過了一段時間，很明顯他沒有采納我們的任何更正，”她說。“在某個時候，我們不得不讓他自己寫論文並透過同行評審。”
高風險的殺手小行星搜尋
現在的情況陷入僵局，雙方都指責對方至少存在建模缺陷和統計學上的馬虎——如果不是完全惡意的意圖。梅爾沃德認為，他認為梅因策爾及其同事的敵對阻撓的一個原因是 NASA 在決定是否批准他們提出的 NEOCam 任務時，大約有 6 億美元的資金處於風險之中。
在殺手小行星撞擊地球之前找到它們是 NASA 考慮 NEOCam 的主要驅動因素。2005 年，國會要求該機構在 2020 年之前編目直徑為 140 米或以上的整個中等大小近地天體總量的 90%——這些天體足夠大，可以摧毀地球上的整個區域。NASA 已經編目了 90% 可能造成行星規模災難的近地天體——直徑為一公里或更大的天體——但不太可能在 2020 年的最後期限前完成中等大小近地天體的編目。NEOCam 可能是該機構“亡羊補牢”的解決方案，為 NASA 提供了一種在 2020 年代初期完成國會授權的方式。
還有另一種選擇。大型綜合巡天望遠鏡 (LSST) 是在智利建造的一個天文臺，配備 8.4 米全景鏡，當它在 2020 年開始全天觀測時，它將成為小行星發現的強大工具。該專案已獲得全額資助，約 6.5 億美元用於望遠鏡的建造，另有 4 億美元預算用於十年的執行。LSST 團隊成員表示，這項耗資數十億美元的專案也可能滿足 NASA 的近地天體編目授權——儘管比假定的 NEOCam 任務晚幾年，並且只有在優先考慮近地天體調查觀測的同時推遲其他科學目標的情況下才能實現。此類調整將需要估計額外 1 億美元的資金，並且該專案的負責人建議 NASA 可能會支付這筆費用。“LSST 非常昂貴，但它已經在建造中，而且它會發現大量小行星，”梅爾沃德說。“再建一個專案來試圖與它競爭並在兩年前找到這些小行星幾乎沒有意義。”
儘管梅爾沃德現在實際上是 NEOWISE 和 NEOCam 團隊的棄兒，但在小行星界他並非沒有盟友。他說，他對論文收到的一些最有幫助的反饋來自華盛頓大學天體物理學家和 LSST 專案科學家 Željko Ivezić。“我不能肯定地說 NEOWISE 有什麼問題，”Ivezić 說。“但如果我必須下注，我認為內森是正確的可能性更大。人們在他的公式中發現了一些錯誤，但他的統計方法是合理的。”
偏見問題
然而，梅爾沃德與 LSST 的聯絡不僅僅是徵求專案成員的反饋。LSST 的大部分資金來自國家科學基金會和美國能源部，但很大一部分來自私人捐助者——即前微軟巨頭比爾·蓋茨和查爾斯·西蒙尼為望遠鏡的光學器件共同捐贈了 3000 萬美元。蓋茨和西蒙尼都是在梅爾沃德向專案負責人介紹後同意支援 LSST 的。
WISE 首席研究員和 NEOCam 團隊高階成員內德·賴特認為，梅爾沃德參與 LSST 是他批評的驅動力。“梅爾沃德是 LSST 的大力支持者，因此他有動力找出 NEOCam（一個潛在的競爭對手）使用的輻射直徑方法中的錯誤，”賴特說。賴特說，LSST 將發現大量小行星，但由於它是在可見光下從地面而不是像 NEOCam 那樣在紅外光下從太空進行觀測，他估計四分之一的中等大小近地天體種群對於 LSST 來說太暗而無法探測到。
梅爾沃德嘲笑有關偏見的指控，並指出他沒有向 LSST 捐款。“對於那些為了再獲得大約 6 億美元政府資金而奔走的人來說，質疑我的動機是很奇怪的事情，”他說。“NEOCam 確實需要證明其存在，因為 LSST 會找到它會找到的大部分小行星。” 梅爾沃德說，為了做到這一點，競爭團隊應該合作進行開放和透明的模擬，對兩個專案的效能進行同類比較。
賴特、梅因策爾和其他 NEOCam 團隊成員表示，理想的情況是 LSST 和 NEOCam 協同執行，結合他們的可見光和紅外觀測，以發現和研究比任何一個單獨完成更多的小行星。同樣也是 LSST 科學諮詢委員會成員的梅因策爾說，“LSST 和 NEOCam 就像巧克力和花生醬，它們在一起效果很好！”
Ivezić 持更謹慎的觀點，他認為客觀地確定哪個專案可以更好地保護地球免受威脅小行星的侵害——或者它們是否可以有效地協同工作——需要解決梅爾沃德的說法。“如果，天哪，我們發現一顆會撞擊地球的小行星，我們就會想知道我們是否需要疏散一座城市、一個州或一個地區——這取決於物體的大小，”Ivezić 說。“NEOWISE 和 NEOCam 聲稱他們可以獲得 10% 不確定度範圍內的大小，而 LSST 在直徑上的不確定度為 50% 或 60%，因此僅 LSST 看起來要糟糕得多，”他繼續說道。“現在內森說，‘等等，NEOCam 不會有 10% 的不確定度，它也會有 50% 的不確定度。’ 如果他是正確的，那麼除了 LSST 之外還要有 NEOCam 以更好地瞭解小行星大小的論點就會變得非常站不住腳。……有些人可能會感到丟臉，但科學在這樣的爭議中蓬勃發展。如果今年夏天沒有人重複內森的計算，我會嘗試自己做。”
梅爾沃德說，他相信他的論文將成功透過同行評審，並熱切期待對其結果進行獨立檢查。“擁有可重複的結果是科學的核心，”他說。“但是重複很難，我理解為什麼。首先，這是一項令人難以置信的工作量，其次，你會成為某種‘招屎體質’。……我會在一段時間內吃釘子當早餐，如果我錯了，我會收回所有的話。但這就是科學的意義所在。這就是我在做我喜歡的事情。”