一位天體生物學家對宇宙生命的搜尋及對地球生命意義的探索

編譯 王曉濤

《其他星球的生命》，奧瑪瓦 ? 謝爾茲著，2023年7月出版

20世紀90年代，奧瑪瓦?謝爾茲短暫離開天文學界去劇院開啟一段嶄新職業生涯之時，還沒有人知道太陽系之外是否存在行星。等到她11年后重回學術圈時，人類已經發現了上千顆系外行星。如今，望遠鏡和各種探測手段日新月異、飛速前進，我們發現的系外行星數量已經接近6 000。

謝爾茲現在是加利福尼亞大學歐文分校的天體生物學家，運用計算機模型研究那些遙遠的世界，估算它們的氣候，評估它們的環境是否適宜外星生命生存并發展。在第二段學術生涯期間，謝爾茲39歲時完成了博士學業，且之后生了一個女兒。謝爾茲被提名為2015年TED研究員，獲得過美國宇航局和美國國家科學基金會頒發的多項資助和榮譽，她還是“冉冉升起的觀星女孩”項目的創始人和總負責人，這個項目旨在鼓勵各種膚色的女孩通過劇作、寫作、視覺藝術等形式認識宇宙。

謝爾茲在她近期發售的新書《其他星球的生命》中探討了她的科研工作、她作為少數幾位從事物理學和天文學研究的黑人女性之一的親身經歷以及她身為一位接受過古典訓練的演員的感受。另外，她還在加利福尼亞大學洛杉磯分校拿到了視覺藝術的學位。

謝爾茲身上有體現宗教精神的一面，而這是許多科學家避而不談的。她在全書中旁征博引地分享了她對人類為什么要尋找外星生命這個問題的看法。她寫道：“在知曉有其他生命形式與人類一同分享這個宇宙之前，我不認為我會真的接受或是理解宇宙的浩瀚。一旦知道了這點，天空就不再是一個雪球，而是一扇窗戶。我在夜晚凝望的星系、宇宙，也在回望著我。”

本文是《連線》與謝爾茲之間的一次正式訪談。

為什么你覺得搜尋宇宙中的其他生命很重要？

我還是個孩子的時候第一次抬頭仰望星空，從那時起，我的腦海里就始終存在著這樣一個疑問：“那里有什么？”于是，等到我回到天文科研界后，就決定要拿到天體生物學博士學位，進而探索其他宇宙生命究竟是什么樣子，什么樣的行星是搜尋這類宇宙生命的最佳候選者。

我現在從事這項研究的具體方式是借助計算機模型。一旦發現了新系外行星，我就會著手研究它們的宜居性究竟有多高——因為我們對這些地球大小的系外行星確實知之甚少。在計算機模型中，我們可以輸入已經掌握的目標行星環境信息，且可以通過計算機自動填補空白。沒錯，我們不知道它的大氣究竟是什么樣子，但什么樣的大氣可以讓它的表面支持液態水的長期存在？什么樣的表面——在和母恒星的光發生相互作用時——會產生溫暖到足以維持液態水但又不會過熱到把水蒸發到空間中的氣候？

根據上述問題，我們先劃定所有大氣和表面條件（甚至還有軌道情況）符合要求的備選行星范圍。然后再在這個范圍中認證那些看上去最為宜居的。這些行星就是我們希望下一代望遠鏡對準、跟蹤、尋找生命跡象的目標。

如果我們發現了一顆與地球類似的系外行星，那么我們能不能分辨它是否宜居——甚至已經有生命居住？

這個任務很棘手，因為我們首先得確定要在目標行星大氣中尋找哪些信號。我們把這些信號稱為生物標記，也即表征生物對行星大氣或表面產生了全球性影響的跡象。一旦我們在地球上遠遠地觀測到了這些生物標記，我們就明確地知道目標行星上有生命存在。

生物標記可不只是氧。雖然我們知道地球上的許多生命都需要氧，但并非所有生命都需要。另外，火山活動等非生物過程也可以產生氧。二氧化碳進入大氣被陽光分解后也會產生氧氣。因此，如果目標行星大氣中有很多氧，而我們又把氧作為判定存在生命的唯一標準，那就可能會出現假陽性。

因此，我們思忖的生物標記是一整套與生命相關的大氣氣體，甚至可能還會把星球表面的情況囊括進來。如果我們能在星球表面找到液體發出的閃光——用酷炫一點的詞來說就是“鏡面反射”——就知道目標星球上存在液體。不過，這種液體并不一定就是水。土星衛星泰坦就是一個例子。“卡西尼”探測器的確探測到泰坦上有液體閃光，但這種閃光來自由液態甲烷和乙烷構成的湖泊。

其他行星的氣候和天氣可以受到諸多因素影響。我們現在使用的模型原本是根據歷史記錄預測地球氣候和天氣的，具體來說就是預測22世紀的地球氣候變化效應。現在，我們用這些模型預測系外行星的氣候。我們改變了母恒星，改變了大氣條件，改變了行星表面狀況，然后再基于我們已經掌握的目標行星信息預測它們的氣候究竟會是什么樣。

我們認為，宜居系外行星的大氣不應該太厚，否則就會變成類似金星那樣的星球，強烈的溫室效應炙烤整個世界。不過，大氣也不應該太薄，否則就無法支持星球表面維持液態水，也就是變成類似火星那樣的星球——由于大氣太過稀薄，如今的火星表面沒有任何液態水流動。

像地球這樣的大氣就恰到好處，但也和行星與母恒星的距離以及母恒星的種類有關，因為恒星會發出各種波長的光，而銀河系中大部分恒星其實都與我們的太陽不一樣。大部分恒星都溫度較低、體積較小、偏紅色。相比太陽發出的可見光，這類恒星發出的近紅外光與大氣氣體和水冰發生相互作用的方式可以完全不同，而這種相互作用又可以影響行星氣候。

你覺得什么時候你和你的天體生物學家同行最終會說出：“我們認為這顆行星有百分之X的概率宜居？”

我們早晚會說這樣的話。我對此很有信心。其實只要找到一顆我們能夠發現并且計算其大小的行星就可以了。尤其是開普勒望遠鏡的繼任者凌星系外行星勘測衛星（TESS）發現的那種離我們不遠的行星。這顆巡查全天空的衛星搜尋的目標是正好從其母恒星面前經過的行星，此時，在衛星“看”來，母恒星因為受到行星的遮擋會變暗一些。如果目標系外行星小到和地球差不多，那它就更有可能是一顆巖石行星，因而更有可能擁有可供生物“站立”且容納海洋的表面。

目標行星離我們越近，就越有可能被像詹姆斯 ? 韋布空間望遠鏡這樣的設備追蹤到——當然，如果一切順利的話，還有大型紫外線和紅外線勘探器（LUVOIR）及宜居系外行星成像天文臺（HabEx）這樣的下一代空間望遠鏡。如果其中有一個項目最后成真了，那么我們就可以對這些系外行星的宜居性有更精準的百分比估測了。

假設你或者其他天文學家最終發現了一顆看上去不僅宜居而且確實有生命居住的系外星球，人類知曉了這樣的發現會有什么想法？

那簡直不可思議，那種震撼將是壓倒一切的。當然，如果我本人參與了發現過程，肯定會更加高興。

我的研究對象是系外行星，所以我也沒有花很多時間思考我們自身所在的太陽系的情況。要知道，我們完全有可能最后在自家花園里發現生命。雖然誰都不敢打保票，但可能性的確存在：土星的衛星恩克拉多斯、木星的衛星歐羅巴都有可能棲息著生命。毫無疑問，我們對這些太陽系行星衛星的了解肯定要比系外行星衛星多得多。我們最后發現地外生命的地點既可能是系外行星，也可能是自家后花園。我們完全可以想象，有朝一日前往歐羅巴，鉆穿它表面的冰層，然后拽上來一些那顆星球的微生物。到了那時，我們就會確定生命有多種起源方式。無論再接下去要做什么，這種認知都會極大程度改變人類歷史。

你是怎么做到同時對演藝和天文學感興趣的？

一開始，我認為這兩者風馬牛不相及，或者說很難把它們結合在一起。天文學是我的初戀，我很享受抬頭仰望星空、暢想宙中有什么的感覺。后來，我在上高中的時候被拉去參加《鋼鐵茉莉》（Steel Magnolias）的試鏡，而且最后被選中了。后來就開始參演更多作品，并且在這個過程中意識到原來演藝和天文學這兩件事都可以讓我很享受。

這兩者是不是就像你自己的兩面一樣，或者說它們之間存在某種聯系？

從某些方面來說，演藝和天文學確實像是我自己的兩面。我熱愛扮演不同角色，熱愛表達自己的感受和情感。而且，我最早無法在科學領域找到滿足這種熱愛的方法。而現在，我意識到它們其實真的互相聯系。我對研究對象的感受會直接決定我是否能全身心地投入到對它的研究中去。我想我是在修研究生課程、必須選擇一個論文課題時意識到這點的：這個課題必須是讓我覺得有所聯系的。我發現演藝也是這樣，飾演的角色在故事中表現出的感受和情感與他們在生活中的所作所為直接相關，與我個人的情感直接相關，與我開展研究的方式以及科學發現的方式直接相關。

是什么促使你撰寫了《其他星球的生命》這部帶有自傳性質的作品？

有很長一段時間我都在想：“同時擁有天文學和演藝這兩種愛好實在是太奇怪了。”而且，當我告訴別人我的這兩種愛好時，總會得到像“哇，你是怎么做到的”“那好像很奇怪哎”這樣的回答。于是，我把這個問題記在了心里。我花了很長一段時間努力解決內心感受到的沖突：我應該選這個，我應該選那個，而不是同時愛上這兩者。后來，我意識到只要不再思考這個問題，不再強迫自己做這樣的抉擇，把這兩個看似毫不相干的愛好結合到一起的可能性就自動出現了。于是，我寫下了這本書。我發現，演藝與天文學并不互相排斥，實際上還可以互相影響、互相促進。同時愛上它們，讓我變成了一個更優秀的專業人士、更優秀的科學家、更優秀的演員。從那時起，神奇的事情便發生了。

在最近幾年里，我發現像我這樣的人并沒有我原來想的那么稀有。許多人都和我一樣，同時對科學和藝術領域感興趣，并且對如何把兩者結合在一起相當茫然。因此，我這本書的一大讀者群體就是那些不只擁有一個終生愛好（或許也不止兩個）并且不確定如何把它們結合在一起的人。如果你因為個人、經濟、物質保障方面的原因覺得現在去追求自己想要的生活或職業生涯為時已晚，那就應該看看我這本書。作為一個在年紀較大時重歸學業的過來人，我之前也曾經想過：“現在才去讀博士實在太晚了，畢業時都要40歲了。”但后來我就意識到——幸好意識到了——無論怎么樣我都會步入40歲的，因此，如果我真的想要拿到博士學位，最好還是大膽去做吧。

另外，主要在白人世界中工作、生活的有色群體，也是我這本書的重要受眾。從某種意義上說，我寫這本書就是為了讓他們知道自己并不孤單，即便身處白人世界，我們也有很多方法找到適合自己的發展方向和奮斗路徑，進而成為自己的榜樣。

即便現在已經是2023年了，美國的天文學圈子里白人仍舊占到了絕大多數，至于有色女性在這個領域內就更是鳳毛麟角了。你能否談談是怎么在書中闡述自己作為一名黑人女性在天文學研究領域內的從業經歷的？

毫無疑問，在這個圈子里，我輕易就能感受到自己與大家的不同，因為在很多方面的確就是這樣。這種不同主要體現在三個方面：一，我是一個白人占絕大多數的圈子中的黑人女性；二，我是一個在年紀較大時才回歸學業的學生；三，我還是個受過古典訓練的演員。因此，我身上肯定具有冒充者綜合征的所有要素。正是這個尋找少數社群——不只是黑人社群，而且還是囊括了所有有色人種的少數社群——并在多數社群中積極尋找同伴的過程讓我看到了自己的價值。我可以不是受系統問題影響的受害者，反而可以成為變革的推動者。單單是我存在于這個圈子內，這本身就會對這個行業產生影響，埋下變革的種子。

另外，這也讓我能夠以在其他圈子中實現不了的方式更好地照顧自己。身為白人占絕大多數的圈子中的有色人種女性，業內會請我們做很多事情，邀請我們加入各種委員會，讓我們成為行業多元化的一種象征。無論如何，這都激發了我的責任感：為了下一代，為了以后從事這個行當的千千萬萬有色人種女性，我必須扛起這一切，成為大家期待的榜樣。不過，另一方面，我也明白，只要照顧好自己——無論是身體上、精神上，還是情感上——讓自己在這個領域內過得好好的，這本身就是變革。因此，我可以大膽去做那些有利于我成為榜樣的事，力爭在這個領域內待足夠長的時間，從而對行業本身產生更多變革性影響。如果我過度犧牲，以至于什么都剩不下，反而會損害整個大環境，損害我希望積極改變的行業現狀。因此，我也需要在付出與過度犧牲之間做到平衡。

從你個人的經歷來看，在你的職業生涯中，黑人女性——或者，更廣泛地說，所有有色人種——在這個領域內的境況是否發生了很大變化？

不同膚色群體的統計數據不同。在物理學和天文學界，我們看到拉丁裔女性從業人員數量上升的幅度遠高于非洲裔美國女性。很遺憾，非洲裔美國女性從事物理學和天文學研究的人數與20世紀90年代初相比可以說是完全沒有變化。

而且，這還只是學士學位的狀況。到了博士階段，這個數字還要更低。杰米 ? 瓦倫丁（Jami Valentine）等物理學家、天文學家創辦了一個網站，我是那個網站建立以來注冊的26位獲得天文學相關學科博士學位的黑人女性之一。所以，確實還有很長一段路要走。

不過，最近幾年，尤其是自“黑人的命也是命”運動以新形式開展以來，我清楚地看到，我們這些少數群體獲得了比之前更多的支持。我們現在成立了一個叫作“黑人在天文學”的組織，在臉書等社交媒體上創建了社群，在美國天文學會、美國物理學會也有組織和項目。我們獲得了諸多國家組織、專業組織的支持、授權，他們投入了大量資源支持歷史上被邊緣化的社群積極投身天文學事業。線上的支持就更多了。1997年，我第一次攻讀博士學位時很多項目還不存在，而現在都有了。因此，我絕對相信，未來會有越來越多的有色人種女性——尤其是黑人女性——投身到天文學研究領域中來。