天文学是研究宇宙中通过电磁光谱辐射（或反射）能量的物体。天文学家研究宇宙中所有物体的辐射。让我们深入了解一下那里的辐射形式。

对天文学的重要性

为了完全理解宇宙，科学家必须在整个电磁光谱中观察它。这包括高能粒子，如宇宙射线。有些物体和过程在某些波长下实际上是完全看不见的（甚至是光学的），这就是为什么天文学家在许多波长下观察它们。在一个波长或频率上看不见的东西在另一个波长或频率上可能非常明亮，这告诉科学家关于它的一些非常重要的事情。

辐射类型

辐射描述了基本粒子、原子核和电磁波在空间中传播的过程。科学家通常以两种方式参考辐射：电离辐射和非电离辐射。

电离辐射

电离是从原子中除去电子的过程。这在自然界中总是发生的，它只需要原子与光子或粒子碰撞，而光子或粒子的能量足以激发选举。当这种情况发生时，原子就不能再维持与粒子的键合。

某些形式的辐射携带足够的能量使各种原子或分子电离。它们会导致癌症或其他重大健康问题，从而对生物实体造成重大伤害。辐射损伤的程度取决于生物体吸收了多少辐射。

被视为电离辐射所需的最小阈值能量约为10电子伏（10电子伏）。在该阈值以上自然存在几种形式的辐射：

• 伽马射线：伽马射线（通常用希腊字母γ表示）是电磁辐射的一种形式。它们代表了宇宙中能量最高的光。伽马射线产生于各种过程，从核反应堆内的活动到被称为超新星的恒星爆炸，以及被称为伽马射线爆发的高能事件。由于伽马射线是电磁辐射，除非发生正面碰撞，否则它们不容易与原子相互作用。在这种情况下，伽马射线将“衰变”成电子-正电子对。然而，如果伽马射线被生物实体（如人）吸收，则会造成重大伤害，因为阻止这种辐射需要相当大的能量。从这个意义上说，伽马射线可能是对人类最危险的辐射形式。幸运的是，虽然它们在与原子相互作用之前可以穿透我们的大气层几英里，但我们的大气层足够厚，大多数伽马射线在到达地面之前就被吸收了。然而，太空中的宇航员缺乏保护，只能在航天器或空间站外“停留”一段时间。虽然极高剂量的伽马辐射可能致命，但反复暴露于高于平均剂量的伽马射线（比如宇航员所经历的伽马射线）最有可能导致癌症风险增加。这是世界空间机构的生命科学专家密切研究的问题。
• X射线：X射线和伽马射线一样，是电磁波（光）的一种形式。它们通常分为两类：软x射线（波长较长的）和硬x射线（波长较短的）。波长越短（即x射线越硬）越危险。这就是为什么低能量x射线被用于医学成像。x射线通常会使较小的原子电离，而较大的原子可以吸收辐射，因为它们的电离能有较大的间隙。这就是为什么x光机可以很好地成像骨骼之类的东西（它们由较重的元素组成），而软组织成像效果较差（较轻的元素）。据估计，x光机和其他衍生设备占美国人电离辐射的35-50%。
• α粒子：α粒子（用希腊字母α表示）由两个质子和两个中子组成；与氦原子核的成分完全相同。聚焦于产生它们的阿尔法衰变过程，下面是发生的情况：阿尔法粒子以非常高的速度（因此是高能量）从母核喷出，通常超过光速的5%。一些阿尔法粒子以宇宙射线的形式来到地球，其速度可能超过光速的10%。然而，一般来说，阿尔法粒子在很短的距离内相互作用，所以在地球上，阿尔法粒子辐射并不是对生命的直接威胁。它只是被我们的外部大气吸收。然而，这对宇航员来说是一种危险。
• β粒子：β衰变的结果，β粒子（通常用希腊字母Β来描述）是高能电子，当中子衰变为质子、电子和反中微子时逃逸。这些电子的能量比阿尔法粒子高，但比高能伽马射线低。通常，β粒子对人类健康不重要，因为它们很容易被屏蔽。人工制造的β粒子（如加速器）更容易穿透皮肤，因为它们具有相当高的能量。一些地方使用这些粒子束治疗各种癌症，因为它们能够瞄准非常特定的区域。然而，肿瘤需要靠近表面，以免损伤大量散布的组织。
• 中子辐射：在核聚变或核裂变过程中产生高能中子。然后它们可以被原子核吸收，使原子进入激发态，并发射伽马射线。这些光子将激发周围的原子，产生连锁反应，导致该区域具有放射性。这是人类在没有适当防护装备的核反应堆周围工作时受伤的主要方式之一。

非电离辐射

虽然电离辐射（见上文）对人类有害，但非电离辐射也会产生重大的生物效应。例如，非电离辐射会导致像晒伤这样的事情。然而，这是我们用来在微波炉中烹饪食物的东西。非电离辐射也可以以热辐射的形式出现，热辐射可以将材料（以及原子）加热到足以引起电离的温度。然而，这个过程被认为不同于动力学或光子电离过程。

• 无线电波：无线电波是电磁辐射（光）的最长波长形式。它们的跨度为1毫米至100公里。然而，该范围与微波波段重叠（见下文）。无线电波是由活跃星系（特别是超大质量黑洞周围区域）、脉冲星和超新星遗迹自然产生的。但它们也是为了广播和电视传输的目的而人为创造的。
• 微波：定义为波长在1毫米到1米（1000毫米）之间的光，微波有时被认为是无线电波的一个子集。事实上，射电天文学通常是研究微波波段的，因为长波辐射很难探测到，因为它需要巨大的探测器；因此，只有少数同行超过1米波长。虽然微波是非电离的，但由于它与水和水蒸气的相互作用，它可以将大量热能传递给物品，因此对人类仍然是危险的。（这也是为什么微波观测站通常被放置在地球上高而干燥的地方，以减少大气中的水蒸气对实验造成的干扰。
• 红外辐射：红外辐射是电磁辐射的波段，其波长介于0.74微米到300微米之间。（一米中有一百万微米。）红外辐射非常接近光学，因此使用非常相似的技术来研究它。但也有一些困难需要克服,；也就是说，红外光是由与“室温”相当的物体产生的。由于用于驱动和控制红外望远镜的电子设备将在这样的温度下运行，仪器本身将发出红外光，干扰数据采集。因此，使用液氦对仪器进行冷却，以减少进入探测器的外来红外光子。太阳辐射到地球表面的大部分实际上是红外光，可见光辐射紧随其后（紫外线占三分之一）。

• 可见光：可见光的波长范围为380纳米和740纳米。这是电磁辐射，我们可以用自己的眼睛探测到，没有电子辅助，我们看不到所有其他形式的电磁辐射。可见光实际上只是电磁光谱中很小的一部分，这就是为什么研究天文学中的所有其他波长对于获得宇宙的完整图像和理解支配天体的物理机制非常重要。
• 黑体辐射：黑体是一个物体，当它被加热时会发出电磁辐射，产生的光的峰值波长将与温度成正比（这被称为维恩定律）。不存在完美的黑体，但许多物体，如我们的太阳、地球和电炉上的线圈，都是相当好的近似值。
• 热辐射：当物质内部的粒子因温度而移动时，产生的动能可以描述为系统的总热能。对于黑体物体（见上文），热能可以以电磁辐射的形式从系统中释放出来。

我们可以看到，辐射是宇宙的一个基本方面。没有它，我们就不会有光、热、能量或生命。

由卡罗琳·柯林斯·彼得森编辑。