# 薩拉·西格：尋找太陽系外的行星與生命 > 天文學家講述如何探測系外行星、分析其大氣成分，以及尋找地外生命跡象的方法與侷限。 - 原標題：#116 – Sara Seager: Search for Planets and Life Outside Our Solar System - 期數：第 116 期 - 釋出日期：2020-08-16 - 嘉賓 / 主題：薩拉·西格：系外行星與生命 - 網頁版：https://lex.qiaomu.ai/tw/ep/sara-seager/ - 官方頁面：https://lexfridman.com/sara-seager/ - 精讀字數：約 8007 字（閱讀約 18 分鐘） > 本文為 lex.qiaomu.ai 基於原始訪談的 AI 改寫中文精讀，非官方翻譯；引用請註明出處並連結網頁版。 離地球最近的恆星叫比鄰星（Proxima Centauri），4.2 光年之外。它周圍有一顆行星，質量和地球差不多，位置剛好落在液態水能穩定存在的溫度區間裡。 如果連最近的鄰居都帶著行星，行星就不可能是稀有品。到 2020 年，人類確認的系外行星（exoplanet）已經有數千顆，而統計推斷給出的結論更極端：幾乎每一顆恆星都有行星。夜空裡那些亮點不是裝飾，每一個都是別人的太陽。 薩拉·西格（Sara Seager）是 MIT 的行星科學家，把大半輩子花在一件事上：怎麼知道那些行星上有沒有生命。Lex Fridman 跟她聊了兩個多小時，從她小時候在車裡看月亮，一路聊到怎麼用一片三十米寬的花瓣形遮光板，把恆星的光精確擋住。 ## 她第一次看見真正的星空，反應是"為什麼沒有人告訴過我" 西格最早的記憶是月亮。父母離異，父親週末開車接她和兄弟姐妹回家，她坐在車裡，發現月亮一直跟著車走，完全不明白為什麼。 真正擊中她的是一次露營。父親是英國人，週末都穿西裝，露營不在他的舒適區。那年夏天家裡請了個保姆叫湯姆，才十四歲，比他們大不了多少，湯姆說露營才是正經事。半夜西格鑽出帳篷抬頭一看，滿天星星在黑暗裡衝她喊。 > "我的第一個念頭是，這太不可思議了，簡直顛覆認知。為什麼沒有人告訴過我這件事存在？"（薩拉·西格） 同一片星空，Lex 的感受指向另一個方向。他說自己抬頭看天的時候幾乎被嚇癱：宇宙這麼大，人類知道的東西這麼少，那種孤獨感會立刻扯出死亡這件事。西格說，她小時候其實也有這種感覺，只是當時說不出來。 這兩個反應的分叉挺有意思。天文從業者往往從"太美了"進入這個領域，而更多的人是從"太可怕了"開始追問。後面那些追問，最後大多會繞回同一個地方：這裡還有沒有別人。 ## 從"這不可能"到上千人以此為業 1995 年，人類找到了第一顆圍繞類太陽恆星的系外行星。當時這件事爭議極大，因為此前人類只有一份行星系統的樣本，就是太陽系，而太陽系裡最大的木星離太陽很遠。新發現的那顆行星卻幾乎貼著它的恆星轉，近到很多人不相信那是個行星。 西格入行的時候，這個方向還算不上正經職業。她形容那條界線一直在移動：什麼算徹底瘋狂，什麼算主流研究，每隔幾年就要重新劃一次。現在這個領域至少有上千人。 推動它的東西聽上去平淡：更好的探測器、更快的計算機、數字相機。凌日法（transit）的原理是盯著恆星亮度隨時間的變化，等一個特徵性的下降，那就是行星從恆星前面經過。地面上的小望遠鏡精度只能到百分之一，所以只能找到木星級的大行星，大約是地球的十到十二倍。要找到更小的，得靠太空望遠鏡。 行星從恆星前面經過是有角度要求的。軌道平面正好和視線錯開的行星，永遠不會凌日。所以還得乘上一個幾何因子，好在觀測證據顯示這些軌道方向大致是均勻分佈的。 另一個細節值得記住：望遠鏡看到的那顆行星，通常連一個畫素都不到。不是人類在給行星拍照片，是在測量一顆恆星亮度的微小抖動，然後反推旁邊有個什麼東西。 西格做過 MIT 主導的 NASA TESS 任務的副科學主管，負責把行星候選體儘早公佈給整個社群。NASA 的政策是所有資料儘快公開，理論上任何人都能下載下來自己找行星。真做起來並不容易，於是有了 Planet Hunters 這樣的公民科學專案，把資料分發給普通人看，而這些人經常能發現計算機和團隊漏掉的微弱訊號。 ## 太陽系裡沒有的那種行星，才是宇宙裡最常見的 人類找到的行星，大多和太陽系裡的完全不一樣。原因很簡單：容易找的先被找到。 有一種是"熱超級地球"，大小和地球相當，軌道卻比水星離太陽還近。離恆星近意味著公轉快，有些行星的一年不到一天。恆星把它烤到表面能熔化岩石，那裡不是河，是液態岩漿湖。生命所需的分子在那個溫度下撐不住。 更讓人摸不著頭腦的是，目前已知最常見的行星型別，大小介於地球和海王星之間，是地球的兩到三倍，太陽系裡一個對應的都沒有。西格的比喻是：走進森林，看見一種從沒見過的動物，然後發現它才是這片林子裡最多的生物。 至於它到底是什麼，有一個猜測是水世界。也就是木星那些冰衛星的放大版，整顆行星一半以上的質量是水。 為什麼死盯著水？因為液態是分子發生反應的前提，而水是行星尺度上最豐富的液態物質。液態岩石太熱，土衛六上那種液態甲烷和乙烷太冷，對系外行星來說又太暗、太難觀測。算下來，一顆行星表面或內部能穩定存在的液體也就那麼幾種，水覆蓋的溫度和壓力範圍最大。 還有一個不太直覺的推論：如果在一顆小型岩石行星的大氣裡看到水蒸氣，基本可以斷定它地表有液態水儲庫。因為水會被恆星的紫外線拆成氫和氧，氫太輕，會像鬆開手的氣球一樣逃逸到太空。沒有海洋持續補充水蒸氣，大氣裡的水蒸氣早被紫外線清空了。天文學裡那句"跟著水走"，背後是這麼一套化學賬。 ## 用大氣裡的氣體找生命 地球大氣裡氧氣佔體積的 20%。這個數字是生物圈幹出來的。植物和細菌光合作用，把氧氣當廢料排出來，幾十億年前藍細菌學會這件事之後，幾乎把整個大氣重新改造了一遍。當時氧氣對絕大多數生物是有毒的。 所以如果幾光年外有一群天文學家在觀測地球，他們會看到氧氣。他們大概不會百分之百確信這是生命造的，但只要把各種非生物的可能場景挨個排除，剩下的就是一個很強的暗示。 反過來，人類也在用同一個辦法找別人。這就是西格說的生命留下的氣體痕跡，她把整個職業生涯押在這上面。 這裡有兩個必須分開的變數。第一個是：有多少行星上真的有生命？第二個是：這些生命排出的氣體，有多少能被現有的望遠鏡測到？ 第二個變數之所以要單獨拆出來，是因為生命排出的氣體不一定有用。人類撥出二氧化碳，可地球大氣裡本來就有幾百 ppm 的二氧化碳，人類那點排放量加進去根本分辨不出來。真正有用的是那種"不該存在"的氣體，也就是在沒有生命的情況下幾乎不會積累到可觀測濃度的氣體。 還有一個更麻煩的問題：氣體產生了，不等於能留下來。紫外線會拆掉它，氧氣也會拆掉它。氧氣對很多氣體來說極具破壞性。生命造出來的分子，可能剛進大氣就被環境清乾淨了。 整套邏輯還壓著一個前提：生命使用化學。因為地球上所有生命都靠代謝，吃東西、呼吸、把食物拆開取能量，然後排出某種廢物。西格說，如果存在一種不儲存能量、只是像風車一樣即取即用的生命形式，它可能壓根不需要排放任何氣體。那這套探測方法就失效了。 這也是她對"宇宙裡到底有沒有生命"這個問題的態度。作為科學家，她本能地抗拒給數字，因為手裡沒有硬資料，只有推測。但拉到最大的尺度上，她的判斷是肯定的：宇宙裡一定有生命。理由不是證據，是數量。銀河系有上千億顆恆星，可觀測宇宙有上千億個星系，恆星總數是十的二十次方量級。就算行星稀有、生命稀有，這麼大的基數擺在那裡，某些地方總該湊齊過。 但她立刻收了一句：這個結論在實踐上沒用。要在有生之年找到它，目標只能是離地球幾光年、幾十光年、最多幾百光年以內的恆星。篩下來，值得仔細盯的也就十幾二十顆。這種"宇宙裡一定有，但我們只能看門口"的落差，是這個領域最真實的狀態。 ## 德雷克方程和西格方程 德雷克方程（Drake Equation）是一張紙上的框架，用來估算銀河系裡有多少能發射無線電、和人類通訊的文明。它不給答案，只是把涉及的因素一個個列出來，讓人知道問題有多複雜。西格曾經當面問過弗蘭克·德雷克，能不能把他的方程改造一下，用在系外行星天文這個新領域。德雷克同意了。 西格方程的思路是同一套，但每一項都要可操作。她列出的項裡，前半部分是可以測量的：某個望遠鏡能觸及多少顆恆星、其中多大比例足夠"安靜"（恆星本身亮度劇烈變化會干擾觀測）、幾何上有多大比例的行星會凌日、以及有多少行星落在宜居帶。開普勒望遠鏡執行多年，已經給出了後一項的估計。有人據此外推，認為每五顆類太陽恆星裡，可能就有一顆帶著真正的類地行星。 後半部分測不了。有多少行星上有生命，以及這些生命排出的氣體有多少能被儀器捕捉到。西格把這兩個未知項單獨拎出來，就是為了提醒同行：不要用已知去掩蓋未知。 她說自己心裡那個數每天都在跳。狀態差的日子，她估百分之一；狀態好的日子，能到百分之八十。這不是搖擺，是沒有資料時的誠實。 還有一個她反覆提到的詞：夢想條件。這個領域要往前走，必須先假設生命是普遍存在的。因為所有觀測資源都押在"附近某顆行星上有生命"這個前提上。如果前提是錯的，望遠鏡造出來也看不到東西。她清楚這是信念，不是結論，但研究必須從信念起步。 ## 星罩：在五公里外讓朋友舉起一枚硬幣 要直接看見一顆系外行星，得先把恆星的光擋掉。行星的亮度比它旁邊的恆星暗一百億倍。 星罩（Starshade）是一塊直徑約三十米的特製遮光板，連著一個小航天器，在太空中和一臺空間望遠鏡編隊飛行，位置必須精確到讓星光被完全遮住，只有行星的光進入望遠鏡。這個想法 1960 年代就有人提出來，之後每十年被翻出來一次，直到現在人們認為真的能造。 形狀是關鍵。如果用圓形或者方形的板子去擋，光會像水波一樣從邊緣繞過去，形成一圈圈漣漪，而那些漣漪比要找的行星還亮。星罩的邊緣被算成花瓣狀，光的衍射相互抵消，留下的陰影極其乾淨，乾淨到一百億分之一的量級，所有波紋被推到遠離中心的地方。西格說這就像往池塘裡扔一顆石子，池塘卻一點波紋都沒有。 工程上的難點被一條條拆開。怎麼讓兩個航天器在幾萬公里的距離上編隊飛行？團隊把它轉化成一個"感知"問題：星罩上裝了信標，但鐳射或 LED 的光束傳到望遠鏡那邊已經散得很開，怎麼從這點光裡判斷出星罩的位置，精度夠不夠控制它。另一個問題更樸素：太陽光會打到星罩邊緣再彈進望遠鏡，所以那些花瓣邊緣得做得像剃刀一樣薄，材料也得能扛住。 Lex 對這件事的反應是，一個從"讓人發笑"這一側的想法，被一步步挪到了"真專案"那一側。西格說，這就是把瘋狂的念頭拆成一張清單，然後一條一條地打勾。她提到一個詞叫技術難點清單，先找出最難的那幾個問題，再把它們拆到可以下手為止。 星罩目前的進展是，絕大多數硬問題已經攻下來了，剩下的是造一個全尺寸的樣機、建一臺配套的望遠鏡、然後送上去。 ## 把太陽當透鏡，把探測器加速到光速的二十分之一 西格還提了兩個不屬於她的專案。 第一個是把望遠鏡送到五百倍日地距離之外，用太陽本身的引力當透鏡。愛因斯坦早就想過這件事：大質量物體會彎曲空間，本該直著走的光會拐彎。星系團的引力透鏡、恆星被前景天體放大的微引力透鏡，在天文學裡都是成熟工具。放到太陽上，好處是解析度。代價是，這個望遠鏡飛過去要二十五年，傳資料回來又是一趟。它能給的解析度大概是十乘十畫素，或者一百個畫素。聽起來很少，但那是另一個太陽系裡的行星。 第二個是突破基金會（Breakthrough Initiatives）的星片（StarChip）計劃。思路是一次性發射幾千個小探測器，每個展開幾米寬的太陽帆，地面上用一批吉瓦級功率的鐳射陣列對著帆短暫照射，把帆加速到光速的二十分之一。到比鄰星不再需要幾萬年，而是二十年。它們飛得這麼快，根本沒法減速，只能掠過、拍幾張照片、把資料用無線電傳回來。 這個計劃的另一部分工作是把 19 項挑戰列出來。其中一項聽起來完全是行政問題：你得先買下那塊地，還得確保空域允許你在頭頂打那麼強的鐳射。另一項是材料，帆面必須扛得住鐳射而不被直接汽化。 西格說，這些錢不一定能讓它成真，但它把種子埋下去了，那條"什麼算瘋狂"的界線又被挪動了一點。她也提到，如果最終沒有別的辦法，也許不該送人，而是送生物材料和一套列印說明書。現在實驗室已經能列印肝細胞和會跳動的心肌細胞。飛到另一個行星太難，列印生命體反而可能更容易。 Lex 順著這條路推了一句很沉的話：一艘多代飛船終於抵達目的地，遇到別的智慧生命，等對方查清楚它從哪裡來的時候，人類的文明早就沒了。 ## 一顆沒有太陽的行星 她的新書《宇宙中最微弱的光》（The Smallest Lights in the Universe）從一顆流浪行星講起。PSO J318.5-22，不繞任何恆星，在銀河系裡像一艘沒有舵的船漂著，永遠處於黑暗中，大氣裡下著熔融的鐵雨。 書名有兩層意思。字面上，尋找另一個地球就像尋找宇宙中最微弱的光，因為它們旁邊的恆星太亮太大。另一層意思，是人在跌進深淵之後偶爾看到的一點亮。 西格經歷過那個深淵。她的丈夫邁克病了。一開始只是莫名其妙的胃痛，醫生反覆說沒什麼事，不做檢查。等到他真正病重、下不了床的時候，檢查結果顯示腸道百分之百堵塞，什麼都通不過。 她說那種感覺像是被當成小孩，醫生要麼根本不知道自己在做什麼，要麼就是在故意淡化診斷。她父親也曾有過類似的、說不清原因的疼痛，最後得到的是最壞的那種診斷：胰腺癌。胰腺的位置決定了人感覺不到它，等感覺到疼，往往已經擴散了。 邁克最終被診斷為絕症。西格說，那件事之後她跑去問認識的每一個人同一個問題：如果只剩一年可活，你會做些什麼不一樣的事？ 答案讓她意外。幾乎所有能行動的人，都沒有行動。有人列了遺願清單，真的去做了幾件，然後病得太快，清單上剩下的事再也做不了。更多的人說"以後再說"。她追問：如果這就是你會做的事，為什麼現在不做？沒有人給得出答案。 Lex 對這個問題的回答是，他很久以前就試著讓自己隨時準備死去。今天醒來，如果今天就是最後一天，他會希望今天發生過。他說這場對話是值得發生的。西格說，她問過很多人這個問題，Lex 是唯一給出這個答案的。 丈夫去世後，她一度不知道該做什麼，之前做的絕大部分事情在那種打擊下都失去了分量。最後她定下來：把餘生用在尋找另一個地球上，用在確認人類並不孤單這件事上。 關於悲傷，她有一個比喻。悲傷像一片海，偶爾有幾座小島露出來，那就是微弱的光。孩子的笑聲是一天，同事拉她去幹活、把她從黑暗裡拽出來是一天，後來是一群同齡的寡婦，都帶著孩子，住在她那個鎮上，聚在一起雖然有點淒涼，但同時又很快樂。海會慢慢變小，島會連成大陸，大陸上還有湖。 Lex 問，從失去中她學到了什麼關於愛的東西。她說，學會了更愛手裡已有的東西，更愛身邊的人，不讓小事煩到自己。關於怎麼重新找回生活的美，她的答案很短：保持開放，走出去。 這裡有個心理機制值得停下來想。人類進化出對死亡的強烈反應，是因為一個對死亡無所謂的物種走不到今天。西格的朋友在她父親去世時說過一句話：如果我們不在乎，這個世界會是什麼樣。恐懼失去和珍視擁有是同一枚硬幣的兩面。正因為知道會結束，那些時刻才顯得特別。 ## 她說"我想相信" Lex 問她怎麼看那些已經在地球上的外星人。西格說她不追這個話題，是話題追她。做這行的科學家都會收到大量來信，說"我有東西你應該看看"、"外星人已經來了"。 她記得一對夫婦，在一次公開演講後緊張地來找她，問能不能請她吃午飯。那對夫婦非常和善，妻子說她沒能生孩子，是因為外星人綁架過她，讓她失去了生育能力，還說她耳朵後面被植入了什麼東西。他們非常真誠，只是想把自己的故事講出來。 西格說，她不像有些科學家那樣對這個話題過敏。如果外星人真的出現過，那會是非常難研究的科學現象。她引用了《X 檔案》裡那張海報：我想相信（I want to believe）。 她的同事對陰謀論有一個回答，大意是：相信我，他們就算想藏也藏不住。西格說，她認識的 NASA 的人、學術界的人、政府裡的人，大多隻是好奇的猿類後代，想做出點東西，想發現點什麼。真要發現了什麼，他們恨不得立刻公佈。 Lex 說，人類的心理比任何外星人都更有意思，而且兩者可能是纏在一起的。大腦裡那個會思考的東西，本身就像一個住在頭骨裡的外星生命。人類至今不知道意識是怎麼來的。 ## 地球不會有事 聊到氣候變化的時候，西格說了一句讓 Lex 愣了一下的話。人們說人類在毀滅地球，準確的表述是：人類在毀滅包括自己在內的一大批物種賴以生存的環境。地球本身會留下來。而且從遠處看，可能根本看不出來發生過什麼。除非是核戰爭那種級別，否則很難從幾光年外判斷出這顆行星上出過什麼事。 Lex 順著這個思路問：能不能從大氣成分判斷出這顆行星上的居民有多忙，用了多少能量？西格把話題拉回氧氣。藍細菌改造了整個大氣，20% 的體積是氧氣，那是行星尺度的工程。相比之下，人類建的最大的東西，從外面看根本不存在，連長城都看不見。 這個對比有點讓人洩氣，但換個角度也是安慰。人類現在對地球的影響，還沒到能被外星天文學家一眼看出的程度。 ## 關於火星和幾光年外的旅行 SpaceX 的火箭回收，對西格來說最直接的意義是降低了進入太空的成本，這對整個領域都是好事。 至於把人送上火星，她認為價值主要不在商業，而在探索本身是人的一部分。她舉的例子是鐳射：今天超市結賬掃碼、外科手術、GPS，都不是因為有人想好了要做一個導航系統才出現的。純探索性的研究經常會掉出意外的東西。所以她支援去火星，但動力應該誠實一點，就是想去看。 到別的恆星系，現實很硬。最近的類地行星在比鄰星周圍，四光年出頭。人類造不出接近光速的飛船，用常規方法過去要幾萬年。 她提醒了一句，天文學裡所有距離都是相對的。旅行者號飛了幾十年，聽上去很遠，放到星際尺度上幾乎沒動。 ## 給一個年輕人的建議，只有一句話 西格給出的成功建議聽起來有點苛刻：找到一件你既熱愛又擅長的事。這句話難的地方在於，兩件事得同時成立。得先知道自己擅長什麼，還得確認這件事正好是每天願意做的，而不是一份熬人的工作。 她自己走的不是捷徑。高中時她數學好、科學好、喜歡天文，有一天突然意識到天文可以是一份職業，那是她人生裡最好的日子之一。可物理一開始並不好，讀書讀得很辛苦，研究生階段尤其漫長。真正讓她撐下來的是後來那個選擇：她知道自己既擅長又熱愛這件事。 Lex 最後問她，人為什麼在這裡。西格說她希望自己有更好的答案。她停了一下，說，這就像在許願的時候，希望有一個願望，而且已經知道了那個願望是什麼。 聊到讀書，她推薦了一本通常不會出現在科學家書單裡的書：洛伊絲·勞裡（Lois Lowry）的《記憶傳授人》（The Giver）。她剛移民到美國時英文還不好，是這本書把她震住了。故事講一個被清理得乾乾淨淨的完美社會，一個男孩長大過程中發現這個世界有問題，然後被選為"記憶接收者"，獨自承擔那些被社會刪掉的痛苦記憶。西格說，這本書讓她意識到自己可能一直在順著社會走，而社會本身帶著一些當時沒人察覺的壞東西。 她還提到一部紀錄片《描繪科學家》（Picture a Scientist），講女性科學家和少數族裔科學家在這個行業裡的遭遇。她說只要對科學稍微有點興趣的人都該看，因為它暴露的是一個很難用口號解決的問題：人傾向於親近和自己相似的人，於是大量的人、大量的想法被擋在門外。 第三本是一本沒人替它打廣告的書：P. G. 唐斯（P. G. Downes）的《沉睡之島》（Sleeping Island）。一箇中學老師，每年夏天獨自划著獨木舟去加拿大北部的荒原，1940 年代前後寫下了那趟旅程。西格二十出頭時在獨木舟協會的一次聚會上被人塞了這本書，讀完就真的去做了同樣的事：開到路的盡頭，把獨木舟放進水裡，沿著有急流的河走，翻過湖泊，扛船過陸。 她說，那些旅程裡有一部分吸引力就是害怕。想要走到邊緣，然後撐過去。 ## 如果這些事讓你想多做點什麼 - 去一個真正黑暗的地方看一次星空。西格記住一輩子的那個晚上，只是半夜鑽出帳篷抬頭看了一眼，那一眼和她後來做的所有工作之間有一條線。 - 想參與找行星，可以去看 Planet Hunters 這類公民科學專案。TESS 和開普勒的資料是公開的，計算機和演算法漏掉的微弱訊號經常被業餘愛好者先發現。 - 關注兩條技術路線。星罩（Starshade）賭的是長遠，直接拍下類地行星的光；紅矮星周圍的行星賭的是近處，雖然不像地球，但更有可能在近十年內被查出水和生命氣體痕跡。 - 讀《宇宙中最微弱的光》時別隻看行星那部分。她寫誤診、寫遺願清單、寫悲傷像一片海，那才是這本書真正的重量。 - 把"如果只剩一年可活會做什麼不一樣"這個問題當真回答一次，然後對照今天。西格問過很多人，能行動的人幾乎都沒有行動。