一项新的研究报告称，科学家们概述了一种寻找外星生命的新方法，强调了“天体光子学”的作用。“天体光子学”是一个新兴领域，将光子技术应用于天文仪器，目的是发展前所未有的观测能力。
光子学是光学的一个子领域，特别关注光粒子(即光子)在科学和技术中的实际应用。当与天文学相结合时，光子技术可以揭示从外太空捕获的光线中隐藏的各种见解，还可以帮助使太空任务的仪器更小、更实用，以及其他许多优势。
根据上周发表在预印服务器arXiv上的一项研究，天体光子学已经彻底改变了我们对系外行星的看法，系外行星是围绕其他恒星运行的世界，该领域可以为寻找地球以外的外星生命提供重要支持。这项工作是由加州理工学院的天体光子学专家Nem Jovanovic领导的，他最近在圣地亚哥举行的SPIE光学+光子学展览会上展示了这项工作。
“因为我有光子学的背景，我一直在寻找将光子学和这些具有非常酷功能的微型元件引入天文学的方法，”Jovanovic在电话中告诉Motherboard。“这不是小事。这相当具有挑战性，因为天文学要求非常高。”
“然而，有一小群人同时研究光子学和天文学这两个领域，而且随着时间的推移，这个群体正在壮大，”他补充说。“这项技术正变得越来越先进，我们明白它可以在天文学，尤其是系外行星科学中发挥独特的作用。”
事实上，许多天体光子技术已经被应用到可以探测系外行星的天文台中，甚至可以描述它们的一些特性。例如，Jovanovic和他的同事指出，激光频率梳的使用越来越普遍，这是一种光子系统，可以探测到由附近行星的引力牵引引起的恒星速度的微小变化。另一个例子是欧洲南方天文台在智利的甚大望远镜上的重力仪器，它通过光子干涉仪将来自四个8米望远镜的光结合在一起，实现了各种空间现象的高分辨率，包括系外行星。
但是，虽然一些天体光子技术正在迅速成熟，但专家们已经确定了该领域需要更多关注和资源的几个领域，这些领域最近被汇编成一个扩展的路线图，由Jovanovic领导，发表在《JPhys Photonics》上。专家们目前正在研究如何解决可扩展性问题，以及如何将复杂的光子器件集成到天文仪器中，Jovanovic称之为“杂交”。
“每一种光子技术都能给你一些功能，一些优势和好处，但目前还不清楚是否有一种光子技术能一次给你所有这些，”他说。“你最终要做的是使用不同的材料和不同的制造工艺——所以你可能会使用硅光纤和氮化硅光子学，或者其他什么——你想把它们放在一起。”每当它们之间有一个界面时，你就需要以某种方式在它们之间有效地引导光线。”
“现在这种做法效率很低，”约万诺维奇继续说道。“情况正在好转。人们越来越多地使用不同的技术，但这仍然是一个巨大的损失来源，在天文学中，我们计算每一个光子。我认为，在未来十年，这将是一个行业自然会取得巨大进展的领域，我们将从中受益。”
虽然最近的路线图概述了该领域的广泛趋势，但新的arXiv预印本特别关注与寻找外星生命最相关的天体光子技术。其中包括将光分解成微小的棱镜部分的光谱仪，或者用于“光子零化”的设备，它可以阻挡星光的眩光，这样天文学家就可以分离出系外行星的反射光。光子学还可以帮助航天器上的天文仪器小型化，从而有可能实现更具科学生产力的任务。
特别是，该团队探索了可能对宜居世界天文台有用的技术。宜居世界天文台是一项重要的概念任务，如果获得批准，它将寻求找到几十个与地球相似的世界，这些世界也围绕着类似太阳的恒星运行。虽然第一步是探测这些星球，但Jovanovic和他的同事们已经在研究光子学如何帮助发现这些星球上的生命迹象。
Jovanovic说:“我希望在十年内看到光子光谱仪具有几个天文学项目所需的性能特征，包括可居住世界天文台，这样它就可以成为该任务的实际有效载荷。”“这是我们在加州理工学院正在研究的事情，还有很多其他的事情。”
他总结道:“宇宙显然是一个非常复杂的地方，有很多事情正在发生，我们建造的每一个新仪器，都让我们对宇宙有了更多的了解。”“我的动力是发现这些人类知识极限的东西。”
