最微弱的光：Sara Seager 谈在太阳之外寻找生命

Seager 最早的记忆之一，是月亮。她的父母离异，周末开车去父亲家的路上，月亮似乎一直跟着车走，像一个发光的同伴，她当时解释不了。她在加拿大长大，手边有一本讲太阳系的法文图画书，她很喜欢翻看，那时高中物理还没有让她真正理解书里的布局。主持这场对话的 Lex Fridman 说，他第一次明白地球是一个在空旷太空中飞行的球体，那一刻至今仍让他既害怕又敬畏。

真正让她走上这条路的，是一次露营。她的父亲来自英国，是那种周末也打领带的人，露营并不在他的舒适区里。有一年夏天，家里请的保姆 Tom 是个十四岁的少年，坚持说他们应该去试试露营。半夜，Seager 从帐篷里爬出来，抬头看见一片漆黑的天空，满天星星仿佛在朝她呐喊。她的第一个念头是震撼：“怎么从来没有人告诉过我这个东西存在？”

Lex 面对同一片天空时的反应几乎相反。抬头看天时，他感到我们知道的太少、看起来又太孤单，让人动弹不得，对死亡的念头也随之而来。Seager 说，小时候她还没有相应的词汇，但也感受到了同样的恐惧。这个分岔很有启发。有人因为美走进天文学，有人因为恐惧走进天文学，而两条路最后往往都会通向同一个问题：还有没有别人存在？

被问到人类是否孤独时，Seager 先是回避，因为科学家要的是数据，而不是猜测。她的科学回答是，工具正在到来：望远镜能够研究系外行星（exoplanet）大气中是否有水，以及是否有不该存在的气体。对她来说，“很快”指的是十年或二十年，而不是明天，而且第一批结果只会是线索，而不是定论。从大尺度上看，她相信某处存在生命，因为每个星系都有数千亿颗恒星，宇宙中有数千亿个星系。不过，在我们这一生中，能够仔细考察的邻居，距离大多只有几光年、几十光年，或许几百光年。

如果只看那些适合进一步研究生命的行星，值得仔细观察的恒星大概只有十几颗或二十几颗，Seager 说。令人意外的是，离我们最近的恒星比邻星（Proxima Centauri）似乎也有一颗行星。它的质量接近地球，位于宜居带（habitable zone），也就是液态水可能稳定存在的“不冷不热”区域。如果连最近的邻居都有一颗极有研究价值的行星，那行星就不可能是稀罕物。

这里所说的“宜居”，并不意味着在各方面都和地球一样。大小、温度和大气成分都很重要，而比邻星是一颗小型红矮星，和太阳不同。Lex 推荐了 NASA 的 Eyes on Exoplanets 可视化项目，让人感受一下这片邻近的区域。更重要的一点仍然是统计：夜空中每一个亮点都是别人的太阳，而离我们最近的那颗太阳，已经有一颗行星位于水可能稳定存在的地方。

Lex 提到了德雷克方程（Drake Equation），这是一个著名的框架，用来估算银河系中可能有多少文明能够进行无线电通信。Seager 曾经见过 Frank Drake，并问他能否把这个方程改写成适用于系外行星天文学的形式，德雷克表示同意。德雷克最初列出那些因子，原本就不打算算出一个神奇的数字，它的作用是把各种因素摆在纸面上，这和电影《接触》里倾听信号的精神一脉相承。她的修订目标更现实一些：找到那些有人居住、并通过大气中的气体显示出生命迹象的行星。

德雷克方程前面几项，是一项具体的调查真正能够统计的内容。望远镜能覆盖多少颗恒星？Seager 指出，由麻省理工学院主导、NASA 的 TESS 任务，样本中大约有 30000 颗红矮星。这些恒星中，有多少比较“安静”，而不是变化太大、掩盖了行星凌日（transit）信号？又有多少恒星的轨道取向，使得从地球看去，行星会从恒星前方经过？证据表明，这些取向大致是均匀分布的。开普勒望远镜已经给出了某些类型恒星周围行星出现在宜居带的频率估计。

有两个项目目前还无法测量，她有意把它们分开来看。一个是这些行星中真正存在生命的比例。另一个属于光谱学范畴，即生命产生的气体积累到足以被探测到的比例。人类呼出二氧化碳，但地球大气中本来就有数百 ppm 的二氧化碳，所以我们呼出的气体对遥远的天文学家没有帮助。如果一种气体既能由生命排放，也能由地质过程产生，那它作为生物特征（biosignature）就毫无用处。把这些项目拆开来看，是为了提醒人们：不要让已知的东西遮蔽未知的东西。

被问到她凭直觉估计，生命是否会产生我们真正能观测到的气体，她拒绝给出一个具体数字。糟糕的日子里，她说大约是百分之一；好的日子里，大约是百分之八十。这种摆动不代表理论变了。在方程最后几项仍然空白的情况下，她认为这正是诚实的样子。

她所说的未来二十年的毕生事业，始于一个基本假设：生命利用化学。地球上的生物会进食、呼吸、储存能量，并把废物排放到空气中。如果某种生物更像风车，直接利用机械能而不储存，那它可能什么也不排放，这种方法就会失效。第二个问题更棘手：某种气体可能刚被生成，就立即被紫外线或氧气破坏掉。她说，氧气对许多分子的破坏力极强。

怀疑本来就是这份工作的一部分。许多非生命过程也能产生气体，因此现在有越来越多的研究领域，试图在宣布探测到生命之前先排除这些可能。这个想法本身已经很古老：将近一个世纪前，人们就在讨论大气气体可以作为生命的指标，而讨论最终总会回到氧气。地球大气按体积计约有 20% 的氧气，如果没有植物和光合细菌，大气中几乎不会有这种气体。

如果附近的某个文明，用 Seager 想要建造的那种望远镜对准太阳，他们就能看到地球的氧气。他们不会 100% 确定这是生物作用的结果，但在排除了各种非生物情景之后，剩下的会是一个强烈的线索。“线索”这个词分量很重。第一次探测不会是一场胜利的庆祝，后人还需要做更仔细的工作，甚至可能需要派出探测器。她刚开始研究系外行星时，没人相信有人会研究系外行星的大气。现在已有几十颗系外行星的大气被研究过，数百名研究人员在做这件事。

系外行星就是绕着太阳以外的恒星运行的行星。在类太阳恒星周围发现的第一颗系外行星出现在 1990 年代中期，立即引发了争议。当时人们所知的唯一一个行星系统就是我们自己的太阳系，在那里木星远离太阳。这颗新发现的行星紧贴着恒星运行，以至于很多人不肯相信它是行星。现在已知的系外行星有数千颗，而且似乎几乎每颗恒星都至少有一颗行星。Seager 说，“完全疯狂”和“主流研究”之间的界线一直在变动。

她刚入行时，系外行星还不被视为一门职业。如今，至少有一千人在这个领域工作，实际人数很可能更多。变化看起来很平常：探测器更好了，计算机更强了，数码相机取代了胶片。凌日法观测恒星亮度随时间的变化，等待行星经过时出现的特征性暗化。从地面看，小型望远镜几乎可以说是升级版的长焦镜头，能达到约百分之一的精度，足以探测到大约相当于地球十到十二倍大小的木星级天体。更小的行星则需要太空望远镜。

行星本身通常还不到一个像素。天文学家拍到的不是大陆的轮廓，他们测量的是恒星那一点细微的明暗抖动，再由此推断有一个天体在绕行。凌日事件在几何上本来就少见，所以巡天必须同时盯着几万到几百万颗恒星，计算机因此变得至关重要。Seager 在 TESS 项目里担任副科学负责人，其中一项工作是把候选行星交给外部的研究者。NASA 规定数据要尽早对外开放，可这些文件实际上很不好用，于是 Planet Hunters 才会把光变曲线交给大众一起分析。业余爱好者经常能找到团队软件遗漏的微弱信号。

发现的这些行星并不是地球的孪生兄弟，只是比较容易找到的那些。有一些大小与地球相当的行星，轨道比水星还要紧，近到一年可能不到一天。研究人员认为，这些炽热的超级地球足够热，能熔化岩石，因此地表是熔岩湖而不是河流。生命所需的分子在那样的温度下无法存活。

还有一件更怪的事：到目前为止，最常见的一类行星，体积在地球和海王星之间，约为地球的两到三倍，而太阳系里没有任何天体与之对应。Seager 用了一个比喻：仿佛走进森林，撞见一种从没人见过的动物，结果发现它就是林子里数量最多的那种。人们有一种令人期待的猜测，认为这些迷你海王星其实是水世界，好比放大了的木星冰卫星，按质量算，水占了一半以上。

为什么对水如此执着？地球上的所有生命都需要水，天体生物学一直强调“跟着水走”。从大尺度来看，学界的共识是，要让分子相遇并发生反应，必须有某种液体。在行星尺度上，可选的液体并不多。熔岩太烫，土卫六上的乙烷和甲烷湖又太冷，而且这类天体太暗，不便作为系外行星研究。水能够适应的温度和压力范围最广。由此还能推出一个不那么直观的推论：小型岩质行星的大气中如果有水蒸气，下面几乎可以肯定有一个液态水库，因为紫外线会分解水，而氢会像孩子手中的氦气球一样逃逸。如果没有海洋来补充水蒸气，大气就会被彻底耗干。

被问到她最看好哪些邻近的恒星系统，Seager 说，她希望每颗邻近的恒星都有一颗有生命的行星，因为这个领域要想前进，几乎必须相信这一点。她把它称为“梦想的状态”：生命很丰富；一个有水、有陆地的湿润世界也具备这些条件；而只要条件具备，生命就会形成。这只是一个工作假设，不是已经得出的结论。

谈到智能，Seager 认为，在庞大的恒星总数中，生命可能在某处进化出智慧，但她并不认为它就在附近。如果智能很难出现，那按定义，它就一定离我们很远。Lex 指出，进化可能走上我们根本无法辨认为心智的道路。在她的工具箱里，她仍然喜欢 SETI，也就是搜寻从远方传来的信息。她还提到一个令人谦卑的事实：地球上没有建造过任何能被远方文明看到的结构，哪怕是中国长城也不行。另一个物种为什么要为我们建造一块巨大的广告牌呢？

向地外文明发送信息（METI）让一些人感到不安：你是想告诉他们我们在这里，还是等他们先打来电话？Seager 把它比作约会节目里拿起电话前的那段停顿。这个玩笑里带着刺：如果所有人都只听不说，就没有任何进展。旅行者号载着一张地球唱片飞了出去，但在宇宙尺度上，它几乎没有移动。她提醒 Lex，天文学里的距离都是相对而言的。

那么，至少能从气体中看出一颗行星上居民的活动有多频繁吗？Seager 再次把视角拉远，回到氧气上。几十亿年前，蓝藻学会了光合作用，它们重塑了整个大气；20% 的氧气是行星尺度的工程，对当时已经存在的许多生物来说却是有毒的。人类的影响还达不到这种规模。Lex 说我们在毁掉这颗星球，Seager 纠正了这个说法。我们破坏的，是包括人类在内的许多物种赖以生存的环境。地球本身会留存下来。除非是核战争，否则从远处很难看出曾经发生过什么。

Seager 认为，公众对外星人的兴奋，是对发现的兴奋，她对此持欢迎态度。她并不真正关注那些认为外星人已经来到地球的人，是这些人在关注她。她所在领域的科学家常常收到一连串消息：我有件东西你应该看一下；外星人已经来了。她对这个话题的排斥，比一些同行要少一些。如果外星人真的出现过，那将是一个非常难以研究的科学现象。一般的科学家仍然需要有力的证据，而不是模糊的图像，她也同意，目前并没有这样的证据。

对于阴谋论，一位与 NASA 和政府都有合作的同事给出了干脆的回应：相信我，就算他们想隐瞒，也隐瞒不住。她在 NASA、学术界，甚至政府部门里遇到的人，都是“好奇的猿类后代”，他们想要发现东西，而不是埋藏东西。大多数人都很乐意泄露一项发现。她以前在公开演讲时，会放出印有“我想相信”的《X 档案》海报。有一次演讲结束后，一对紧张的夫妇邀请她共进午餐。他们很善良，也很真诚，坚信外星人绑架了妻子，让她无法生育，还在她耳后植入了什么东西。他们只是想讲述这段经历。Lex 的评论是，人类的心智可能和任何外星生命一样奇特，或许也与同一个谜团纠缠在一起。

规模本身仍在承担哲学上的分量。恒星的数量大约是 10 的 20 次方，也就是 1 后面跟二十个零。行星系统在动力学上可能是“满”的，就像一杯满到不剩一滴空隙的咖啡：气体和尘埃盘会形成许多天体，其中一些会被抛出去，剩下的则是一个拥挤的系统。另一些理论认为，巨行星会向内迁移，并在途中清空其他同伴。真正意义上的地球类似体，即绕类太阳恒星运行、轨道与地球相似的地球大小天体，在已有星表中仍然太少，无法给出确切的比率。有人外推认为，最多可能每五颗类太阳恒星中就有一颗拥有这样的天体。

在 Seager 看来，SpaceX 和其他商业发射公司是明确的好消息。可重复使用的火箭降低了进入太空的成本，而她的领域需要更便宜的进入太空的途径。让人类踏上火星，主要是关乎人的故事。探索是人类本性的一部分，而纯粹的探索历来会意外带来有用的成果：超市扫码器和手术中用的激光，还有最初没有人打算做成消费级地图的 GPS。她支持登陆火星，但最诚实的动机是想去看看。她相信这件事一定会带来一些有意思的东西，只是她还不知道是什么。

造访另一颗恒星周围的类地行星要困难得多。离我们最近的、质量接近地球的天体绕比邻星运行，比邻星距离我们四光年多，是一颗小型红矮星。人类无法以光速旅行，常规飞船需要数万年。Lex 提到了多代航船，以及电影《Passengers》。Seager 提出了一个听起来更冷酷的方案：也许我们根本不需要送人去。也许我们送去的是原始的生物材料和指令，让对面的世界打印出人类，或者其他生命。实验室已经能够打印肝细胞和跳动的心肌细胞。把一具身体送到另一颗行星，难度如此之大，以至于在那边打印一具身体反而可能更容易。

Lex 把这个思路推到了一个残酷的画面：一艘成功的飞船，也许载着非人类的生命，最终遇到了另一种智慧，而等到那些存在重建它的起源时，人类文明早已消失。Seager 并不反驳。她真正想做的近期大项目更为谦逊，但依然规模庞大：寻找类地行星，并分析它们的大气。这是一项耗资数十亿美元的工程，因为地球相对于恒星来说又小又暗，甚至比大海捞针还要难。这种搜寻需要精密的太空望远镜。

要直接看到一颗类地系外行星，就必须遮挡住一颗比它亮约一百亿倍的恒星。星罩是一个形状特殊的屏障，直径约 30 米，装在一艘飞船上，与远离地球的太空望远镜编队飞行。这个想法在 1960 年代就已提出，此后每隔十年就被重新审视一次，直到工程师开始认为真的有可能造出来。Seager 把这种对准比作：请一位朋友在五英里外举起一枚硬币，而且正好挡在你的视线上。

形状是整个诀窍所在。圆形或方形的屏障不会让星光暗下来。星光具有波动性，会绕过边缘弯折，形成比行星还亮的同心环状波纹，就像往池塘里扔进一颗石子。1960 年代的数学，也就是衍射解的一类，使这块遮光板变成了一朵巨大的花。绕过花瓣弯曲的光会自我干涉，留下一片在百亿分之一精度上足够平滑的阴影，而剩余的波则被推到外缘。其余的问题被当作一份技术待办清单来逐个攻克：数万公里距离上的编队飞行变成了传感问题，因为信标光束扩散得太宽；花瓣边缘必须薄如刀片，以免阳光反射进望远镜。她说，大多数难题现在已经解决了。她刚开始推广这个项目时，它还被看成一个让人哑然失笑的点子，处在“疯狂”与“主流”之间那条线的疯狂一侧。

另外两个项目不是她提出的，但她依然很喜欢。其中一个是把望远镜送到距离地日距离 500 倍的地方，比旅行者号还要远，并把太阳本身当作引力透镜。爱因斯坦指出，质量会弯曲空间，因此本该笔直前进的光会发生弯曲；星系团已经能让背景星系发生透镜效应，而微引力透镜事件可以放大恒星的亮度。若望远镜排列在太阳后方的一线，也许能回传另一星系中某颗行星的图像，大约是 10×10 像素，也就是 100 像素大小。这趟飞行大约需要 25 年，还要加上把数据传回地球的时间。而且每个目标都需要一台望远镜，因为每颗恒星位于太阳后方的不同方向。

另一个是突破基金会（Breakthrough Initiatives）支持的突破摄星计划（Breakthrough Starshot），人们常把它说成微型“星片”（StarChip）。计划是发射数千个小型飞行器，就像海龟幼崽一样，明知并非每一个都能成功。每个飞行器都会展开一张几米宽的太阳帆。地面上一组千兆瓦级的激光器会照射这些帆，把它们加速到约光速的二十分之一，把前往最近恒星的旅程从数万年缩短到大约二十年。它们会飞得太快，无法减速：只能掠过，拍几张照片，再用无线电波把数据传回家。突破基金会列出了 19 项具体挑战，从购买土地、为如此强大的激光腾出空域，到找到一种不会被激光汽化的帆。她说，眼下的资金不足以完成这个项目，但它播下了一颗种子，并推动了那条分界线的移动。

Seager 的回忆录一开篇就写到一颗流浪行星 PSO J318.5-22，它像没有舵的船一样在银河系中跌跌撞撞地穿行，被永恒的黑暗包裹着，天空中下着熔铁。这幅画面里的孤独感正是重点。我们想要归属于一个家庭、一个社群、一个有温暖恒星的太阳系；没有太阳的世界，让人感觉像是被流放。有些流浪行星是失败的恒星，出生时就没有母恒星。另一些则像台球一样被从行星系统中弹射出去。她认为，它们的数量可能和恒星一样多。这本书的书名《宇宙中最微弱的光》有双重含义。从字面看，其他地球在巨大恒星的映衬下太暗淡，搜寻它们就像在追寻最微弱的光。另一层含义，是人在坠入绝望的悬崖之后，仍然能看见的那一点微光。

她的丈夫 Mike 病倒了，而医疗系统把早期征兆当作小事。他时不时会肚子疼，疼痛来来去去，这种症状医生通常不当回事，直到他卧床不起，几乎动弹不得。检查结果显示 100% 的肠梗阻：什么都进不去，也出不来。她感到自己像个孩子，不知道医生是真的不清楚该怎么办，还是在淡化真相。她的父亲也曾有过奇怪的疼痛，后来确诊为胰腺癌，而这种诊断往往在疾病已经扩散之后才做出，因为胰腺位于你感觉不到的位置。Mike 最终被确诊为绝症。

那年夏天，她开始向身边所有人问同一个问题：如果你只剩下一年可活，你会有什么不同的做法？Lex 的回答很不寻常。他长期以来一直努力让自己随时做好离世的准备，这样即使眼前这场对话是他的最后一场，他也依然会为它的发生感到高兴。Seager 说，她从别人那里从没得到过这样的答案。那些有能力行动的人，几乎从来不去做。他们在另一种意义上耗尽了时间：他们把陪伴家人的时间和转换职业的计划一直往后推，直到生命逼近终点，而那时，就像 Mike 那份未完成的心愿清单一样，他们病得太快，已经来不及完成。Mike 去世之后，她过去所做的大部分事情都显得毫无意义。她为余生找到了一个目标：投身于寻找另一个地球，并弄清楚我们是否并不孤单。

被问到失去之后，她从爱中学到了什么，她说，她学会了珍惜眼前已经拥有的事物和人，也学会了不再那么在意那些小事。在她的比喻里，悲伤是一片海洋。一些微小的光点渐渐出现：某天孩子的笑声，同事把她拉进一个项目，后来在她居住的小镇上，还有一群和她同龄、都带着孩子的寡妇，她们的聚会既阴郁又快乐。慢慢地，海洋缩小了，那些小岛变成了带着湖泊的大陆。怎样重新发现生命之美？她说，保持开放，走出去。父亲去世后，一位朋友曾问，为什么人类会进化到对死亡如此难以承受。一个不在乎死亡的物种，将是完全不同的世界。从这个角度看，对失去的恐惧和对联结的渴望，其实是一枚硬币的两面。

趁她还在世的时候，能让她感到快乐的，是找到另一个地球：一颗绕类太阳恒星运行的类地行星，其大气中有水的迹象，还有不该存在的气体，哪怕只是打开一扇门，为下一代人提供动力。她依然支持星罩，但她也提到了一条更近的路。绕小型红矮星运行的行星，与其说是地球的孪生兄弟，不如说是地球的表亲。在未来十到二十年里，有可能确定其中一些行星拥有水和生命的迹象。

被问到哪些书塑造了她，她提到了 Lois Lowry 的《记忆传授人》，那是一部青少年小说，她是在移民之后第一次读到的，当时英语还不太好。故事讲的是一个经过“净化”的乌托邦社会里的男孩，他被选中接受社区已经删除的那些残酷记忆。这本书让她猛然开始追问，自己是不是只是随波逐流。Lex 对她选了一本儿童读物感到惊讶，而她也惊讶于他竟然读过这本书。两人都认为，在合适的年纪读到合适的书，可以改变一个人的人生方向，而老师在承担这一角色时，往往没有得到应有的重视。

她还推荐了电影《描绘科学家》，讲的是科学界的女性和有色人种女性，她看后觉得既震惊又发人深省。影片传达的一个信息是：人们往往喜欢与自己相似的人，于是排除了很多人和很多想法；说自己想要更多元，并不能解决一个几乎无解的难题，而这部电影打开眼界的方式，是口号做不到的。第三本是一本比较安静的书，P. G. Downes 的《沉睡之岛》，她二十出头时在多伦多的一次荒野独木舟协会聚会上被人硬塞给她。Downes 是一位教师，每年夏天都在加拿大北部划独木舟，他在 1940 年代或 1950 年代写下了 1930 年代末一次穿越当时仍没有地图之地的旅程。她也去做了同样的事：一直走到路的尽头，把独木舟放入水中，穿越有急流的河流、湖泊，以及需要扛着独木舟走的陆路搬运段。吸引她的部分原因是恐惧。她想要活在边缘，并坚持下去。

她给年轻人的建议很简单，却很难做到：找到一件你热爱、同时又非常擅长的事。这需要天时地利，因为能力和每天的热爱必须重叠，否则工作就会变成苦差事。就她自己而言，一开始的确是一段漫长的苦差事。她高中时数学和科学成绩都很好，还热爱天文学；她意识到天文学可以成为一份职业的那一天，至今仍是她生命中最美好的日子之一。物理学对她来说并不轻松，研究生阶段也拖了很长时间。后来她知道自己既有能力又有热爱，这才支撑她走了下去。被问到我们为什么在这里时，她希望自己能有一个更好的答案。在她看来，意义几乎就是一种希望：希望有某种意义，并且我们已经知道它。