太空中的輻射提供了有關(guān)宇宙的線索

天文學(xué)是對宇宙中從電磁波譜輻射（或反射）能量的物體的研究。天文學(xué)家研究宇宙中所有物體的輻射。讓我們深入研究一下那里的輻射形式。

對天文學(xué)的重要性

為了完全理解宇宙，科學(xué)家必須在整個(gè)電磁波譜中觀察宇宙。這包括高能粒子，如宇宙射線。一些物體和過程在某些波長（甚至光學(xué)）中實(shí)際上是完全不可見的，這就是為什么科學(xué)家在許多波長下觀察它們的原因。在一個(gè)波長或頻率下看不見的東西在另一個(gè)波長或頻率下可能非常明亮，這告訴科學(xué)家一些非常重要的東西。

輻射類型

輻射描述了基本粒子，原子核和電磁波在空間中傳播時(shí)的情況。科學(xué)家通常以兩種方式參考輻射：電離和非電離。

電離輻射

電離是從原子中除去電子的過程。這在自然界中一直發(fā)生，它只需要原子與具有足夠能量的光子或粒子碰撞以激發(fā)選舉。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，原子不再能保持與粒子的結(jié)合。

某些形式的輻射攜帶足夠的能量來電離各種原子或分子。它們可能通過導(dǎo)致癌癥或其他重大健康問題而對生物實(shí)體造成重大傷害。輻射損傷的程度取決于生物體吸收了多少輻射。

這個(gè)被認(rèn)為是電離的輻射所需的最小閾值能量約為10電子伏特（10eV）。有幾種形式的輻射自然存在于這個(gè)閾值之上：

• γ射線：γ射線（通常由希臘字母γ表示）是電磁輻射的一種形式。它們代表了宇宙中**能量的光形式。伽馬射**生在各種過程中，從核反應(yīng)堆內(nèi)的活動(dòng)到稱為超新星的恒星爆炸和稱為伽馬射線爆發(fā)器的高能量事件。由于伽馬射線是電磁輻射，除非發(fā)生正面碰撞，否則它們不容易與原子相互作用。在這種情況下，伽馬射線將進(jìn)入電子-正電子對。然而，如果伽馬射線被生物實(shí)體（例如人）吸收，則可以進(jìn)行顯著的傷害，因?yàn)樗枰喈?dāng)大量的能量來阻止這種輻射。從這個(gè)意義上說，伽馬射線可能是對人類最危險(xiǎn)的輻射形式。幸運(yùn)的是，雖然它們可以在與原子相互作用之前穿透幾英里進(jìn)入我們的大氣，但我們的大氣足夠厚，大多數(shù)伽馬射線在到達(dá)地面之前被吸收。然而，太空中的宇航員缺乏對他們的保護(hù)，并且僅限于他們可以花費(fèi)的時(shí)間"外部"航天器或空間站。雖然非常高劑量的伽馬輻射可能是致命的，但反復(fù)暴露于高于平均劑量的伽馬射線（例如宇航員所經(jīng)歷的）的最可能的結(jié)果是癌癥風(fēng)險(xiǎn)增加。這是世界上生命科學(xué)專家密切研究的東西。
• X射線：X射線與伽馬射線一樣，是電磁波（光）的一種形式。它們通常分為兩類：軟x射線（波長較長的x射線）和硬x射線（波長較短的x射線）。波浪越短長度（即x射線越硬）越危險(xiǎn)。這就是為什么低能量x射線用于醫(yī)學(xué)成像的原因。x射線通常會(huì)電離較小的原子，而較大的原子可以吸收輻射，因?yàn)樗鼈兊碾婋x能有較大的間隙。這就是為什么x射線機(jī)會(huì)很好地成像像骨骼這樣的東西（它們由較重的元素組成），而它們是軟組織（較輕的元素）的不良成像器。據(jù)估計(jì)，x射線機(jī)和其他衍生設(shè)備占美國人們所經(jīng)歷的電離輻射的35-50%。
• α粒子：α粒子（由希臘字母α指定）由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成;與氦核的組成完全相同。專注于產(chǎn)生它們的α衰變過程，這里發(fā)生了什么：α粒子以非常高的速度（因此高能量）從母核射出，通常超過光速的5%。一些阿爾法粒子以宇宙射線的形式來到地球，可能達(dá)到超過光速10%的速度。然而，一般來說，α粒子在很短的距離內(nèi)相互作用，所以在地球上，α粒子輻射并不是對生命的直接威脅。它只是被我們的外界吸收。然而，它對宇航員來說是危險(xiǎn)。
• β粒子：β衰變的結(jié)果，β粒子（通常由希臘字母Γ）是高能電子，當(dāng)中子衰變成質(zhì)子，電子和反中性粒子時(shí)逃逸。這些電子比α粒子更有能量，但不如高能γ射線。通常，β顆粒不易被人體健康所關(guān)心，因?yàn)樗鼈兒苋菀妆黄帘?。人工?chuàng)建的β粒子（如加速器）可以更容易地穿透皮膚，因?yàn)樗鼈兙哂邢喈?dāng)高的能量。有些地方使用這些粒子束來治療各種癌癥因?yàn)樗鼈兡軌蜥槍Ψ浅Ｌ囟ǖ膮^(qū)域。然而，腫瘤需要靠近表面，以免損傷大量散布的組織。
• 中子輻射：在核融合或核裂變過程中產(chǎn)生非常高能的中子。然后它們可以被原子核吸收，導(dǎo)致原子進(jìn)入激發(fā)態(tài)，它可以發(fā)射γ射線。然后這些光子會(huì)激發(fā)它們周圍的原子，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致該區(qū)域變得具有放射性。這是人類在沒有適當(dāng)防護(hù)裝備的核反應(yīng)堆周圍工作時(shí)受傷的主要方式之一。

Non-ionization Radiation

雖然電離輻射（上圖）獲得了所有關(guān)于對人類有害的新聞，但非電離輻射也可能具有顯著的生物效應(yīng)。例如，非電離輻射會(huì)導(dǎo)致曬傷等情況。然而，這就是我們在微波爐中烹飪食物的方法。非電離輻射也可以以熱輻射的形式出現(xiàn)，熱輻射可以將材料（因此原子）加熱到足夠高的溫度以引起電離。然而，這個(gè)過程被認(rèn)為與動(dòng)力學(xué)或光子電離過程不同。

• 無線電波：無線電波是電磁輻射（光）的最長波長形式。它們跨越1毫米到100公里。然而，這個(gè)范圍與微波波段重疊（見下文）。無線電波是由活躍的恒星（特別是來自其超大型黑洞周圍的區(qū)域），脈沖和超新星殘留物自然產(chǎn)生的。但它們也是人為地為廣播和電視傳輸而創(chuàng)建的。
• 微波：定義為1毫米至1米（1000毫米）之間的光波長，有時(shí)會(huì)考慮微波成為無線電波的一個(gè)子集。在fa中ct，無線電天文學(xué)通常是微波波段的研究，因?yàn)檩^長波長的輻射很難檢測到，因?yàn)樗枰薮蟪叽绲奶綔y器;因此只有少數(shù)同行超過1米波長。雖然是非電離的，但微波對人類仍然是危險(xiǎn)的，因?yàn)樗c水和水蒸氣的相互作用會(huì)給物品帶來大量的熱能。（這也是為什么微波觀測通常放置在地球上高干燥的地方，
• 紅外輻射：紅外輻射是電磁輻射帶，占據(jù)波長在0.74微米到300微米之間。（一米有100萬微米。）紅外輻射非常接近光，因此使用非常相似的技術(shù)來研究它。然而，有一些困難需要克服;即紅外光是由與"室溫"相當(dāng)?shù)奈矬w產(chǎn)生的;。由于用于供電和控制紅外望遠(yuǎn)鏡的電子設(shè)備將在這樣的溫度下運(yùn)行，因此儀器本身會(huì)發(fā)出紅外光，干擾數(shù)據(jù)采集。因此，使用液氦冷卻儀器，以減少外來紅外光子進(jìn)入檢測器。太陽發(fā)出的到達(dá)地球的大部分物質(zhì)實(shí)際上是紅外光，可見光輻射不遠(yuǎn)（紫外線遠(yuǎn)距離第三）。

• 可見光（光學(xué)）：可見光的波長范圍是380納米（nm）和740納米。這是我們能夠用自己的眼睛檢測到的電磁輻射，沒有電子輔助設(shè)備，我們無法看到所有其他形式?？梢姽鈱?shí)際上只是電磁波譜的一小部分m、 這就是為什么研究天文學(xué)中的所有其他波長以獲得宇宙的全貌并理解控制天體的物理機(jī)制是很重要的。
• 黑體輻射：黑體是在加熱時(shí)發(fā)出電磁輻射的物體，產(chǎn)生的光的峰值波長將與溫度成比例（這被稱為Wien's定律）。沒有像一個(gè)完美的黑體這樣的東西，但是像我們的太陽，電爐上的地球和線圈這樣的許多物體都是非常好的近似值。
• 熱輻射：由于它們的溫度，材料內(nèi)太空科普部的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能可以描述為系統(tǒng)的總熱能。在黑體物體（見上文）的情況下，熱能可以以電磁輻射的形式從系統(tǒng)中釋放出來。

正如我們所看到的，輻射是宇宙的基本方面之一。沒有它，我們就沒有光，熱，能量或生命。

由Carolyn Collins Petersen編輯。