# 萨拉·西格：寻找太阳系外的行星与生命 > 天文学家讲述如何探测系外行星、分析其大气成分，以及寻找地外生命迹象的方法与局限。 - 原标题：#116 – Sara Seager: Search for Planets and Life Outside Our Solar System - 期数：第 116 期 - 发布日期：2020-08-16 - 嘉宾 / 主题：萨拉·西格：系外行星与生命 - 网页版：https://lexfridman-cn.pages.dev/ep/sara-seager/ - 官方页面：https://lexfridman.com/sara-seager/ - 精读字数：约 8007 字（阅读约 18 分钟） > 本文为 lex.qiaomu.ai 基于原始访谈的 AI 改写中文精读，非官方翻译；引用请注明出处并链接网页版。 离地球最近的恒星叫比邻星（Proxima Centauri），4.2 光年之外。它周围有一颗行星，质量和地球差不多，位置刚好落在液态水能稳定存在的温度区间里。 如果连最近的邻居都带着行星，行星就不可能是稀有品。到 2020 年，人类确认的系外行星（exoplanet）已经有数千颗，而统计推断给出的结论更极端：几乎每一颗恒星都有行星。夜空里那些亮点不是装饰，每一个都是别人的太阳。 萨拉·西格（Sara Seager）是 MIT 的行星科学家，把大半辈子花在一件事上：怎么知道那些行星上有没有生命。Lex Fridman 跟她聊了两个多小时，从她小时候在车里看月亮，一路聊到怎么用一片三十米宽的花瓣形遮光板，把恒星的光精确挡住。 ## 她第一次看见真正的星空，反应是"为什么没有人告诉过我" 西格最早的记忆是月亮。父母离异，父亲周末开车接她和兄弟姐妹回家，她坐在车里，发现月亮一直跟着车走，完全不明白为什么。 真正击中她的是一次露营。父亲是英国人，周末都穿西装，露营不在他的舒适区。那年夏天家里请了个保姆叫汤姆，才十四岁，比他们大不了多少，汤姆说露营才是正经事。半夜西格钻出帐篷抬头一看，满天星星在黑暗里冲她喊。 > "我的第一个念头是，这太不可思议了，简直颠覆认知。为什么没有人告诉过我这件事存在？"（萨拉·西格） 同一片星空，Lex 的感受指向另一个方向。他说自己抬头看天的时候几乎被吓瘫：宇宙这么大，人类知道的东西这么少，那种孤独感会立刻扯出死亡这件事。西格说，她小时候其实也有这种感觉，只是当时说不出来。 这两个反应的分叉挺有意思。天文从业者往往从"太美了"进入这个领域，而更多的人是从"太可怕了"开始追问。后面那些追问，最后大多会绕回同一个地方：这里还有没有别人。 ## 从"这不可能"到上千人以此为业 1995 年，人类找到了第一颗围绕类太阳恒星的系外行星。当时这件事争议极大，因为此前人类只有一份行星系统的样本，就是太阳系，而太阳系里最大的木星离太阳很远。新发现的那颗行星却几乎贴着它的恒星转，近到很多人不相信那是个行星。 西格入行的时候，这个方向还算不上正经职业。她形容那条界线一直在移动：什么算彻底疯狂，什么算主流研究，每隔几年就要重新划一次。现在这个领域至少有上千人。 推动它的东西听上去平淡：更好的探测器、更快的计算机、数字相机。凌日法（transit）的原理是盯着恒星亮度随时间的变化，等一个特征性的下降，那就是行星从恒星前面经过。地面上的小望远镜精度只能到百分之一，所以只能找到木星级的大行星，大约是地球的十到十二倍。要找到更小的，得靠太空望远镜。 行星从恒星前面经过是有角度要求的。轨道平面正好和视线错开的行星，永远不会凌日。所以还得乘上一个几何因子，好在观测证据显示这些轨道方向大致是均匀分布的。 另一个细节值得记住：望远镜看到的那颗行星，通常连一个像素都不到。不是人类在给行星拍照片，是在测量一颗恒星亮度的微小抖动，然后反推旁边有个什么东西。 西格做过 MIT 主导的 NASA TESS 任务的副科学主管，负责把行星候选体尽早公布给整个社区。NASA 的政策是所有数据尽快公开，理论上任何人都能下载下来自己找行星。真做起来并不容易，于是有了 Planet Hunters 这样的公民科学项目，把数据分发给普通人看，而这些人经常能发现计算机和团队漏掉的微弱信号。 ## 太阳系里没有的那种行星，才是宇宙里最常见的 人类找到的行星，大多和太阳系里的完全不一样。原因很简单：容易找的先被找到。 有一种是"热超级地球"，大小和地球相当，轨道却比水星离太阳还近。离恒星近意味着公转快，有些行星的一年不到一天。恒星把它烤到表面能熔化岩石，那里不是河，是液态岩浆湖。生命所需的分子在那个温度下撑不住。 更让人摸不着头脑的是，目前已知最常见的行星类型，大小介于地球和海王星之间，是地球的两到三倍，太阳系里一个对应的都没有。西格的比喻是：走进森林，看见一种从没见过的动物，然后发现它才是这片林子里最多的生物。 至于它到底是什么，有一个猜测是水世界。也就是木星那些冰卫星的放大版，整颗行星一半以上的质量是水。 为什么死盯着水？因为液态是分子发生反应的前提，而水是行星尺度上最丰富的液态物质。液态岩石太热，土卫六上那种液态甲烷和乙烷太冷，对系外行星来说又太暗、太难观测。算下来，一颗行星表面或内部能稳定存在的液体也就那么几种，水覆盖的温度和压力范围最大。 还有一个不太直觉的推论：如果在一颗小型岩石行星的大气里看到水蒸气，基本可以断定它地表有液态水储库。因为水会被恒星的紫外线拆成氢和氧，氢太轻，会像松开手的气球一样逃逸到太空。没有海洋持续补充水蒸气，大气里的水蒸气早被紫外线清空了。天文学里那句"跟着水走"，背后是这么一套化学账。 ## 用大气里的气体找生命 地球大气里氧气占体积的 20%。这个数字是生物圈干出来的。植物和细菌光合作用，把氧气当废料排出来，几十亿年前蓝细菌学会这件事之后，几乎把整个大气重新改造了一遍。当时氧气对绝大多数生物是有毒的。 所以如果几光年外有一群天文学家在观测地球，他们会看到氧气。他们大概不会百分之百确信这是生命造的，但只要把各种非生物的可能场景挨个排除，剩下的就是一个很强的暗示。 反过来，人类也在用同一个办法找别人。这就是西格说的生命留下的气体痕迹，她把整个职业生涯押在这上面。 这里有两个必须分开的变量。第一个是：有多少行星上真的有生命？第二个是：这些生命排出的气体，有多少能被现有的望远镜测到？ 第二个变量之所以要单独拆出来，是因为生命排出的气体不一定有用。人类呼出二氧化碳，可地球大气里本来就有几百 ppm 的二氧化碳，人类那点排放量加进去根本分辨不出来。真正有用的是那种"不该存在"的气体，也就是在没有生命的情况下几乎不会积累到可观测浓度的气体。 还有一个更麻烦的问题：气体产生了，不等于能留下来。紫外线会拆掉它，氧气也会拆掉它。氧气对很多气体来说极具破坏性。生命造出来的分子，可能刚进大气就被环境清干净了。 整套逻辑还压着一个前提：生命使用化学。因为地球上所有生命都靠代谢，吃东西、呼吸、把食物拆开取能量，然后排出某种废物。西格说，如果存在一种不储存能量、只是像风车一样即取即用的生命形式，它可能压根不需要排放任何气体。那这套探测方法就失效了。 这也是她对"宇宙里到底有没有生命"这个问题的态度。作为科学家，她本能地抗拒给数字，因为手里没有硬数据，只有推测。但拉到最大的尺度上，她的判断是肯定的：宇宙里一定有生命。理由不是证据，是数量。银河系有上千亿颗恒星，可观测宇宙有上千亿个星系，恒星总数是十的二十次方量级。就算行星稀有、生命稀有，这么大的基数摆在那里，某些地方总该凑齐过。 但她立刻收了一句：这个结论在实践上没用。要在有生之年找到它，目标只能是离地球几光年、几十光年、最多几百光年以内的恒星。筛下来，值得仔细盯的也就十几二十颗。这种"宇宙里一定有，但我们只能看门口"的落差，是这个领域最真实的状态。 ## 德雷克方程和西格方程 德雷克方程（Drake Equation）是一张纸上的框架，用来估算银河系里有多少能发射无线电、和人类通信的文明。它不给答案，只是把涉及的因素一个个列出来，让人知道问题有多复杂。西格曾经当面问过弗兰克·德雷克，能不能把他的方程改造一下，用在系外行星天文这个新领域。德雷克同意了。 西格方程的思路是同一套，但每一项都要可操作。她列出的项里，前半部分是可以测量的：某个望远镜能触及多少颗恒星、其中多大比例足够"安静"（恒星本身亮度剧烈变化会干扰观测）、几何上有多大比例的行星会凌日、以及有多少行星落在宜居带。开普勒望远镜运行多年，已经给出了后一项的估计。有人据此外推，认为每五颗类太阳恒星里，可能就有一颗带着真正的类地行星。 后半部分测不了。有多少行星上有生命，以及这些生命排出的气体有多少能被仪器捕捉到。西格把这两个未知项单独拎出来，就是为了提醒同行：不要用已知去掩盖未知。 她说自己心里那个数每天都在跳。状态差的日子，她估百分之一；状态好的日子，能到百分之八十。这不是摇摆，是没有数据时的诚实。 还有一个她反复提到的词：梦想条件。这个领域要往前走，必须先假设生命是普遍存在的。因为所有观测资源都押在"附近某颗行星上有生命"这个前提上。如果前提是错的，望远镜造出来也看不到东西。她清楚这是信念，不是结论，但研究必须从信念起步。 ## 星罩：在五公里外让朋友举起一枚硬币 要直接看见一颗系外行星，得先把恒星的光挡掉。行星的亮度比它旁边的恒星暗一百亿倍。 星罩（Starshade）是一块直径约三十米的特制遮光板，连着一个小航天器，在太空中和一台空间望远镜编队飞行，位置必须精确到让星光被完全遮住，只有行星的光进入望远镜。这个想法 1960 年代就有人提出来，之后每十年被翻出来一次，直到现在人们认为真的能造。 形状是关键。如果用圆形或者方形的板子去挡，光会像水波一样从边缘绕过去，形成一圈圈涟漪，而那些涟漪比要找的行星还亮。星罩的边缘被算成花瓣状，光的衍射相互抵消，留下的阴影极其干净，干净到一百亿分之一的量级，所有波纹被推到远离中心的地方。西格说这就像往池塘里扔一颗石子，池塘却一点波纹都没有。 工程上的难点被一条条拆开。怎么让两个航天器在几万公里的距离上编队飞行？团队把它转化成一个"感知"问题：星罩上装了信标，但激光或 LED 的光束传到望远镜那边已经散得很开，怎么从这点光里判断出星罩的位置，精度够不够控制它。另一个问题更朴素：太阳光会打到星罩边缘再弹进望远镜，所以那些花瓣边缘得做得像剃刀一样薄，材料也得能扛住。 Lex 对这件事的反应是，一个从"让人发笑"这一侧的想法，被一步步挪到了"真项目"那一侧。西格说，这就是把疯狂的念头拆成一张清单，然后一条一条地打勾。她提到一个词叫技术难点清单，先找出最难的那几个问题，再把它们拆到可以下手为止。 星罩目前的进展是，绝大多数硬问题已经攻下来了，剩下的是造一个全尺寸的样机、建一台配套的望远镜、然后送上去。 ## 把太阳当透镜，把探测器加速到光速的二十分之一 西格还提了两个不属于她的项目。 第一个是把望远镜送到五百倍日地距离之外，用太阳本身的引力当透镜。爱因斯坦早就想过这件事：大质量物体会弯曲空间，本该直着走的光会拐弯。星系团的引力透镜、恒星被前景天体放大的微引力透镜，在天文学里都是成熟工具。放到太阳上，好处是分辨率。代价是，这个望远镜飞过去要二十五年，传数据回来又是一趟。它能给的分辨率大概是十乘十像素，或者一百个像素。听起来很少，但那是另一个太阳系里的行星。 第二个是突破基金会（Breakthrough Initiatives）的星片（StarChip）计划。思路是一次性发射几千个小探测器，每个展开几米宽的太阳帆，地面上用一批吉瓦级功率的激光阵列对着帆短暂照射，把帆加速到光速的二十分之一。到比邻星不再需要几万年，而是二十年。它们飞得这么快，根本没法减速，只能掠过、拍几张照片、把数据用无线电传回来。 这个计划的另一部分工作是把 19 项挑战列出来。其中一项听起来完全是行政问题：你得先买下那块地，还得确保空域允许你在头顶打那么强的激光。另一项是材料，帆面必须扛得住激光而不被直接汽化。 西格说，这些钱不一定能让它成真，但它把种子埋下去了，那条"什么算疯狂"的界线又被挪动了一点。她也提到，如果最终没有别的办法，也许不该送人，而是送生物材料和一套打印说明书。现在实验室已经能打印肝细胞和会跳动的心肌细胞。飞到另一个行星太难，打印生命体反而可能更容易。 Lex 顺着这条路推了一句很沉的话：一艘多代飞船终于抵达目的地，遇到别的智慧生命，等对方查清楚它从哪里来的时候，人类的文明早就没了。 ## 一颗没有太阳的行星 她的新书《宇宙中最微弱的光》（The Smallest Lights in the Universe）从一颗流浪行星讲起。PSO J318.5-22，不绕任何恒星，在银河系里像一艘没有舵的船漂着，永远处于黑暗中，大气里下着熔融的铁雨。 书名有两层意思。字面上，寻找另一个地球就像寻找宇宙中最微弱的光，因为它们旁边的恒星太亮太大。另一层意思，是人在跌进深渊之后偶尔看到的一点亮。 西格经历过那个深渊。她的丈夫迈克病了。一开始只是莫名其妙的胃痛，医生反复说没什么事，不做检查。等到他真正病重、下不了床的时候，检查结果显示肠道百分之百堵塞，什么都通不过。 她说那种感觉像是被当成小孩，医生要么根本不知道自己在做什么，要么就是在故意淡化诊断。她父亲也曾有过类似的、说不清原因的疼痛，最后得到的是最坏的那种诊断：胰腺癌。胰腺的位置决定了人感觉不到它，等感觉到疼，往往已经扩散了。 迈克最终被诊断为绝症。西格说，那件事之后她跑去问认识的每一个人同一个问题：如果只剩一年可活，你会做些什么不一样的事？ 答案让她意外。几乎所有能行动的人，都没有行动。有人列了遗愿清单，真的去做了几件，然后病得太快，清单上剩下的事再也做不了。更多的人说"以后再说"。她追问：如果这就是你会做的事，为什么现在不做？没有人给得出答案。 Lex 对这个问题的回答是，他很久以前就试着让自己随时准备死去。今天醒来，如果今天就是最后一天，他会希望今天发生过。他说这场对话是值得发生的。西格说，她问过很多人这个问题，Lex 是唯一给出这个答案的。 丈夫去世后，她一度不知道该做什么，之前做的绝大部分事情在那种打击下都失去了分量。最后她定下来：把余生用在寻找另一个地球上，用在确认人类并不孤单这件事上。 关于悲伤，她有一个比喻。悲伤像一片海，偶尔有几座小岛露出来，那就是微弱的光。孩子的笑声是一天，同事拉她去干活、把她从黑暗里拽出来是一天，后来是一群同龄的寡妇，都带着孩子，住在她那个镇上，聚在一起虽然有点凄凉，但同时又很快乐。海会慢慢变小，岛会连成大陆，大陆上还有湖。 Lex 问，从失去中她学到了什么关于爱的东西。她说，学会了更爱手里已有的东西，更爱身边的人，不让小事烦到自己。关于怎么重新找回生活的美，她的答案很短：保持开放，走出去。 这里有个心理机制值得停下来想。人类进化出对死亡的强烈反应，是因为一个对死亡无所谓的物种走不到今天。西格的朋友在她父亲去世时说过一句话：如果我们不在乎，这个世界会是什么样。恐惧失去和珍视拥有是同一枚硬币的两面。正因为知道会结束，那些时刻才显得特别。 ## 她说"我想相信" Lex 问她怎么看那些已经在地球上的外星人。西格说她不追这个话题，是话题追她。做这行的科学家都会收到大量来信，说"我有东西你应该看看"、"外星人已经来了"。 她记得一对夫妇，在一次公开演讲后紧张地来找她，问能不能请她吃午饭。那对夫妇非常和善，妻子说她没能生孩子，是因为外星人绑架过她，让她失去了生育能力，还说她耳朵后面被植入了什么东西。他们非常真诚，只是想把自己的故事讲出来。 西格说，她不像有些科学家那样对这个话题过敏。如果外星人真的出现过，那会是非常难研究的科学现象。她引用了《X 档案》里那张海报：我想相信（I want to believe）。 她的同事对阴谋论有一个回答，大意是：相信我，他们就算想藏也藏不住。西格说，她认识的 NASA 的人、学术界的人、政府里的人，大多只是好奇的猿类后代，想做出点东西，想发现点什么。真要发现了什么，他们恨不得立刻公布。 Lex 说，人类的心理比任何外星人都更有意思，而且两者可能是缠在一起的。大脑里那个会思考的东西，本身就像一个住在头骨里的外星生命。人类至今不知道意识是怎么来的。 ## 地球不会有事 聊到气候变化的时候，西格说了一句让 Lex 愣了一下的话。人们说人类在毁灭地球，准确的表述是：人类在毁灭包括自己在内的一大批物种赖以生存的环境。地球本身会留下来。而且从远处看，可能根本看不出来发生过什么。除非是核战争那种级别，否则很难从几光年外判断出这颗行星上出过什么事。 Lex 顺着这个思路问：能不能从大气成分判断出这颗行星上的居民有多忙，用了多少能量？西格把话题拉回氧气。蓝细菌改造了整个大气，20% 的体积是氧气，那是行星尺度的工程。相比之下，人类建的最大的东西，从外面看根本不存在，连长城都看不见。 这个对比有点让人泄气，但换个角度也是安慰。人类现在对地球的影响，还没到能被外星天文学家一眼看出的程度。 ## 关于火星和几光年外的旅行 SpaceX 的火箭回收，对西格来说最直接的意义是降低了进入太空的成本，这对整个领域都是好事。 至于把人送上火星，她认为价值主要不在商业，而在探索本身是人的一部分。她举的例子是激光：今天超市结账扫码、外科手术、GPS，都不是因为有人想好了要做一个导航系统才出现的。纯探索性的研究经常会掉出意外的东西。所以她支持去火星，但动力应该诚实一点，就是想去看。 到别的恒星系，现实很硬。最近的类地行星在比邻星周围，四光年出头。人类造不出接近光速的飞船，用常规方法过去要几万年。 她提醒了一句，天文学里所有距离都是相对的。旅行者号飞了几十年，听上去很远，放到星际尺度上几乎没动。 ## 给一个年轻人的建议，只有一句话 西格给出的成功建议听起来有点苛刻：找到一件你既热爱又擅长的事。这句话难的地方在于，两件事得同时成立。得先知道自己擅长什么，还得确认这件事正好是每天愿意做的，而不是一份熬人的工作。 她自己走的不是捷径。高中时她数学好、科学好、喜欢天文，有一天突然意识到天文可以是一份职业，那是她人生里最好的日子之一。可物理一开始并不好，读书读得很辛苦，研究生阶段尤其漫长。真正让她撑下来的是后来那个选择：她知道自己既擅长又热爱这件事。 Lex 最后问她，人为什么在这里。西格说她希望自己有更好的答案。她停了一下，说，这就像在许愿的时候，希望有一个愿望，而且已经知道了那个愿望是什么。 聊到读书，她推荐了一本通常不会出现在科学家书单里的书：洛伊丝·劳里（Lois Lowry）的《记忆传授人》（The Giver）。她刚移民到美国时英文还不好，是这本书把她震住了。故事讲一个被清理得干干净净的完美社会，一个男孩长大过程中发现这个世界有问题，然后被选为"记忆接收者"，独自承担那些被社会删掉的痛苦记忆。西格说，这本书让她意识到自己可能一直在顺着社会走，而社会本身带着一些当时没人察觉的坏东西。 她还提到一部纪录片《描绘科学家》（Picture a Scientist），讲女性科学家和少数族裔科学家在这个行业里的遭遇。她说只要对科学稍微有点兴趣的人都该看，因为它暴露的是一个很难用口号解决的问题：人倾向于亲近和自己相似的人，于是大量的人、大量的想法被挡在门外。 第三本是一本没人替它打广告的书：P. G. 唐斯（P. G. Downes）的《沉睡之岛》（Sleeping Island）。一个中学老师，每年夏天独自划着独木舟去加拿大北部的荒原，1940 年代前后写下了那趟旅程。西格二十出头时在独木舟协会的一次聚会上被人塞了这本书，读完就真的去做了同样的事：开到路的尽头，把独木舟放进水里，沿着有急流的河走，翻过湖泊，扛船过陆。 她说，那些旅程里有一部分吸引力就是害怕。想要走到边缘，然后撑过去。 ## 如果这些事让你想多做点什么 - 去一个真正黑暗的地方看一次星空。西格记住一辈子的那个晚上，只是半夜钻出帐篷抬头看了一眼，那一眼和她后来做的所有工作之间有一条线。 - 想参与找行星，可以去看 Planet Hunters 这类公民科学项目。TESS 和开普勒的数据是公开的，计算机和算法漏掉的微弱信号经常被业余爱好者先发现。 - 关注两条技术路线。星罩（Starshade）赌的是长远，直接拍下类地行星的光；红矮星周围的行星赌的是近处，虽然不像地球，但更有可能在近十年内被查出水和生命气体痕迹。 - 读《宇宙中最微弱的光》时别只看行星那部分。她写误诊、写遗愿清单、写悲伤像一片海，那才是这本书真正的重量。 - 把"如果只剩一年可活会做什么不一样"这个问题当真回答一次，然后对照今天。西格问过很多人，能行动的人几乎都没有行动。