宇宙の放射線は宇宙についての手がかりを与える
電磁スペクトル全体の波長での望遠鏡のサンプル (2013 年 2 月現在運用中)。これらの観測所のいくつかは、EM スペクトルの複数のバンドを観測しています。 NASA
天文学は、電磁スペクトル全体からエネルギーを放射 (または反射) する宇宙の物体の研究です。天文学者は、宇宙のすべての物体からの放射を研究します。そこにある放射線の形態を詳しく見てみましょう。
パルサーを周回する惑星のアートワーク。パルサーは非常に高速で回転する中性子星であり、大質量星の死んだコアであり、毎秒何百回も自転しています。それらは電波を放射し、光の中で放射します。 マーク・ガーリック/サイエンスフォトライブラリ（ゲッティイメージズ）
天文学にとっての重要性
宇宙を完全に理解するために、科学者は電磁スペクトル全体にわたって宇宙を見なければなりません。これには、宇宙線などの高エネルギー粒子が含まれます。天体やプロセスの中には、実際には特定の波長 (光さえも) では完全に見えないものがあります。ある波長や周波数では見えない何かが、別の波長や周波数では非常に明るい可能性があり、それは科学者にそれについて非常に重要なことを伝えています.
放射線の種類
放射線は、素粒子、原子核、および電磁波が空間を伝搬する際に表します。科学者は通常、電離と非電離の 2 つの方法で放射線を参照します。
電離放射線
イオン化は、電子が原子から取り除かれるプロセスです。これは自然界で常に発生しており、電子を励起するのに十分なエネルギーを持つ光子または粒子と原子が衝突する必要があるだけです。これが起こると、原子は粒子への結合を維持できなくなります。
特定の形態の放射線は、さまざまな原子や分子をイオン化するのに十分なエネルギーを運びます。それらは、癌やその他の重大な健康問題を引き起こすことにより、生物学的実体に重大な害を及ぼす可能性があります。放射線障害の程度は、生物がどれだけの放射線を吸収したかによって決まります。
電磁スペクトルは、周波数/波長と温度の関数として表示されます。 チャンドラX線天文台
最小しきい値 放射線が電離すると見なされるために必要なエネルギー 約 10 電子ボルト (10 eV) です。このしきい値を超えて自然に存在する放射線には、いくつかの形態があります。
- ガンマ線 : ガンマ線 (通常、ギリシャ文字 γ で表されます) は、電磁放射の一種です。それらは、光の最高エネルギー形態を表します 大宇宙 .ガンマ線は、原子炉内の活動から恒星爆発と呼ばれる星の爆発まで、さまざまなプロセスから発生します。 超新星 ガンマ線バーストとして知られる非常にエネルギーの高いイベント。ガンマ線は電磁放射であるため、正面衝突が発生しない限り、原子と容易に相互作用しません。この場合、ガンマ線は電子陽電子対に「崩壊」します。しかし、ガンマ線が生物学的実体 (例えば人) に吸収されると、そのような放射線を止めるのにかなりの量のエネルギーが必要になるため、重大な害が生じる可能性があります。この意味で、ガンマ線はおそらく人間にとって最も危険な形態の放射線です。幸いなことに、それらは原子と相互作用する前に大気中に数マイル侵入することができますが、ほとんどのガンマ線は地面に到達する前に吸収されるほど大気が厚い.しかし、宇宙飛行士はそれらから保護されておらず、宇宙船や宇宙ステーションの「外」で過ごす時間は限られています。非常に高線量のガンマ線は致命的となる可能性がありますが、平均を超える線量のガンマ線に繰り返し被ばくした場合 (たとえば、宇宙飛行士が経験したような) の最も可能性の高い結果は、がんのリスクの増加です。これは、世界の宇宙機関の生命科学の専門家が綿密に研究しているものです。
- 中性子放射 : 非常に高エネルギーの中性子は、核融合または核分裂プロセス中に生成されます。その後、それらは原子核に吸収され、原子が励起状態になり、ガンマ線を放出する可能性があります。これらの光子は周囲の原子を励起し、連鎖反応を引き起こし、その領域が放射性になります。これは、適切な保護具を着用せずに原子炉の周りで作業しているときに人が負傷する主な原因の 1 つです。
- 電波 : 電波は、電磁波 (光) の中で最も波長が長いものです。それらは 1 ミリメートルから 100 キロメートルに及びます。ただし、この範囲はマイクロ波帯域と重なっています (以下を参照)。電波は自然に生成されます。活動銀河（具体的には、彼らの周りの地域から 超大質量ブラックホール )、 パルサー そして 超新星残骸 .しかし、それらはまた、ラジオやテレビの送信を目的として人工的に作成されています.
- 電子レンジ : 1 ミリメートルから 1 メートル (1,000 ミリメートル) の間の光の波長として定義されるマイクロ波は、電波のサブセットと見なされることがあります。実際、電波天文学は一般的にマイクロ波帯の研究です。より長い波長の放射は、巨大なサイズの検出器が必要になるため、検出が非常に困難です。したがって、1 メートルの波長を超えるピアはごくわずかです。マイクロ波は非電離性ですが、水や水蒸気との相互作用によりアイテムに大量の熱エネルギーを与える可能性があるため、依然として人間にとって危険な場合があります。 (これはまた、大気中の水蒸気が実験に引き起こす可能性のある干渉の量を減らすために、通常、マイクロ波観測所が地球上の高くて乾燥した場所に配置される理由でもあります.
- 赤外線放射 : 赤外線放射は、0.74 マイクロメートルから 300 マイクロメートルまでの波長を占める電磁放射の帯域です。 (1 メートルは 100 万マイクロメートルです。) 赤外線は光学光に非常に近いため、これを研究するために非常によく似た手法が使用されます。ただし、克服すべき問題がいくつかあります。つまり、赤外線は「室温」に匹敵する物体によって生成されます。赤外線望遠鏡の電源と制御に使用される電子機器はこのような温度で動作するため、機器自体が赤外線を放出し、データ取得に干渉します。そのため、機器は液体ヘリウムを使用して冷却され、外部からの赤外線光子が検出器に入るのを減らします。ほとんどのもの 太陽 地球の表面に到達する放射は、実際には赤外光であり、可視放射はそれほど遅れていません (そして、紫外線は 3 分の 1 の距離にあります)。
- 可視（光学）光 : 可視光の波長範囲は、380 ナノメートル (nm) と 740 nm です。これは私たちが自分の目で検出できる電磁放射であり、他のすべての形態は電子機器なしでは見えません。可視光は、実際には電磁スペクトルのごく一部にすぎません。そのため、天文学では他のすべての波長を研究して、その全体像を把握することが重要です。 宇宙 天体を支配する物理的メカニズムを理解すること。
- 黒体放射 : 黒体は、加熱されると電磁放射を放出する物体であり、生成される光のピーク波長は温度に比例します (これはウィーンの法則として知られています)。完全な黒体というものはありませんが、太陽、地球、電気ストーブのコイルなどの多くの天体は、かなり正確な近似値です。
- 熱放射 : 材料内部の粒子が温度によって移動すると、結果として生じる運動エネルギーは、システムの総熱エネルギーとして表すことができます。黒体オブジェクト (上記参照) の場合、熱エネルギーは電磁放射の形でシステムから放出されます。
非電離放射線
電離放射線 (上記) は人間に有害であるという報道が盛んに行われていますが、非電離放射線も重大な生物学的影響を与える可能性があります。たとえば、非電離放射線は日焼けなどを引き起こす可能性があります。それでも、それは私たちが電子レンジで食品を調理するために使用するものです.非電離放射線は、熱放射線の形で発生することもあり、物質 (したがって原子) を電離を引き起こすのに十分な温度まで加熱することができます。ただし、このプロセスは、動的または光子イオン化プロセスとは異なると見なされます。
Karl Jansky Very Large Array of radio telescopes は、ニューメキシコ州ソコロの近くにあります。この配列は、空のさまざまな物体やプロセスからの電波放射に焦点を当てています。 NRAO/AUI
スピッツァー宇宙望遠鏡が撮影したガスと塵の雲の赤外線画像。 「クモとハエ」星雲は星形成領域であり、スピッツァーの赤外線ビューは、生まれたばかりの星団の影響を受けた雲の構造を示しています。 スピッツァー宇宙望遠鏡/NASA
ご覧のとおり、放射線は宇宙の基本的な側面の 1 つです。それがなければ、光も熱もエネルギーも生命もありません。
によって編集キャロリン・コリンズ・ピーターセン。