基本介紹
- 中文名：太空科學
- 外文名：Outline of space science
- 領域：物理、天文、化學等
- 種類：自然科學
定義,研究領域,天文學,航天,相關的交叉學科,空間運輸,火箭,太空飛行器推進,星際航行,
定義
太空科學(Space Science)亦稱空間科學。有廣義與狹義之分，廣義的太空科學系指一切涉及太空的科學，包括太空技術科學、太空套用科學和太空基礎科學；狹義的太空科學主要指利用太空飛行器研究宇宙空間的物理、天文、化學和生命等自然現象及其規律的科學。其主要內容包括：太空物理學、太空天文學、太空化學、太空地質學和空間生命科學。太空科學的發展使人類對地球周圍環境及變化規律和機制有更加深入和全面的了解，對探索宇宙、生命的起源、演化等一些科學的基本問題提供幫助。同時，也將不斷促進太空套用技術的更快發展，開拓新的套用領域。
研究領域
天文學
- 空間天文學
空間天文學是指由地球外圍大氣層到大氣層外的空間進行天文觀測與研究的科學。因為大氣層的存在，許多電磁波段如 Xray與紅外線對天文學家來說是不透明的，即使在可見光波段，也會受到大氣擾動、消光、與光害等因素影響觀測品質。將觀測儀器放在太空中，可以脫離大氣層的對觀測的限制，同時拓展天文觀測的電磁視窗。1946年，美國天文學家萊曼．史匹哲首先提出在衛星軌道上設定天文台的想法。30年後，美國國家航空航天局與歐洲空間局開始合作發展日後公眾熟知的哈伯太空望遠鏡計畫，1990年哈伯進入衛星軌道，也成為第一個太空天文台，開啟太空天文學的領域。太空望遠鏡的計畫請參見太空望遠鏡列表。
- 行星科學
行星科學是研究行星（包括地球）、衛星，和行星系（特別是太陽系），以及它們形成過程的科學。它研究對象的尺度從小至微流星體到大至氣態巨行星，目的在確定其組成、動力學、形成、相互的關係和歷史。它是高度科技整合的學科，最初成長於天文學和地球科學，但現在包含許多學科，包括行星地質學（結合地球化學和地球物理學）、大氣科學、海洋學、水文學、理論行星科學、冰川學、和系外行星。類似的學科包括關心太陽對太陽系內天體影響的太空物理學和天文生物學。還有相關於行星科學的觀測和理論分支與關聯性。觀測的研究涉及與太空探索的結合，主要是與使用遙測技術的機器人的太空船任務，和在地面實驗室所做的工作比較。理論部分涉及大量的電腦模擬和數學建模。
- 銀河系天文學
銀河系天文學是研究我們的銀河系和其所有成員。相對來說星系天文學是研究在我們銀河系之外，包括星系的所有成員。我們的太陽系在的星系，在很多方面是被研究得最多的星系，即使重要的部分在可見波長區域被宇宙塵遮蔽了，在20世紀發展的無線電天文學、紅外線天文學、和次微米波天文學仍將被氣體和塵埃遮蔽的區域首度呈現出銀河系的圖形。
- 星系天文學
星系天文學是天文學的一個分支，研究的對象是我們的銀河系以外的星系（研究所有不屬於銀河系天文學的天體），又稱河外天文學。當工作的儀器獲得改善，就可以更詳細的研究現在只能審視的遙遠天體，因此這個分支可以再細分為更有效的近銀河系外天文學和遠銀河系外天文學。前者的成員與對象包括星系、本星系群，距離近得可以詳細研究內部的超新星遺蹟、星協。後者遠得只是可以測量的對象和只有最明亮的部分可以描述或研究。
- 物理宇宙學
物理宇宙學是天體物理學的分支，它是研究宇宙大尺度結構和宇宙形成及演化等基本問題的學科。宇宙學的研究對象是天體運動和它的第一起因，在人類歷史的很長一段時期曾是形上學的一部分。作為科學，宇宙學起源於哥白尼原則和牛頓力學，它們指出天體和地球上的物體遵守同樣的物理原理並解釋了天體的運動。現在這一分支被稱為天體力學。一般認為，物理宇宙學起源於二十世紀的愛因斯坦廣義相對論和對極遠天體的天文觀測。
航天
- 航天科學
航天又稱空間飛行或宇宙航行。“航天”系泛指太空飛行器在太空在地球大氣層以外（包括太陽系內）的航行活動，航天，粗分為載人航天和不載人航天兩大類。
- 微波遙感
微波遙感是利用搭載在平台上的感測器發射和接收微波波束投射於物體表面，由其反射回的回波信號及極化、幅度信息等確定目標物的大小、形態以及移動速度的技術。根據是否發射出微波信號，可以分為主動微波遙感和被動微波遙感。
- 行星地質學
行星地質學（Planetary Geology），亦稱為天體地質學（Astrogeology）、天文地質學（Exogeology），是行星科學的一個重要分支學科，研究的範圍是行星、衛星、小行星、彗星以及隕石等天體的地質。
相關的交叉學科
- 天體生物學
天體生物學，舊稱外空生物學，是一門研究在宇宙中生命起源、生物演化、分布和未來發展的交叉學科，並不只限於地外生物，或包括對地球生物的研究。在天體物理學上，指研究天體上存在生物的條件及探測天體上是否有生物存在，研究太陽系除地球外其他行星及其衛星上和其他恆星的行星繫上可能存在生命現象的理論，以及探討探測方法和手段的。 地外生物學是天體生物學的子集，研究範圍較為專門：包括在地球以外尋找生命，以及地外環境對生物的影響。
天體生物學綜合物理學、化學、生物學、分子生物學、生態學、行星科學、地理學與地質學多個方面，焦點研究在探討生命的起源、散布和演進，探討在其他世界是否可能有生命存在，幫助辨識與地球生物圈環境不同的其他生物圈。
一些天體生物學的研究課題包括：
什麼是生命？
生命怎樣在地球誕生？
生命能忍受怎樣的環境？
我們怎樣才能決定生命有否在其他星球上存在？能找到複雜生命體的機會有多大？
在其他星球上，構成生命的基本物質會是什麼？（是否基於脫氧核糖核酸/碳？生理學？）
- 天體化學和宇宙化學
天體化學研究宇宙中元素和分子的豐度，以及它們和輻射的相互作用；還研究星際間氣體和塵埃間的相互作用，特別是分子氣體雲的形成、相互作用和毀滅。天體化學和天文學以及化學有相互交叉之處。天體化學的研究範圍包含了太陽系行星際物質和星際物質。而研究隕石等太陽系物質元素豐度和同位素比例的學科又被稱為“宇宙化學”；研究星系物質中原子和分子以及前述物質和輻射相互作用的學科有時候稱為“原子和分子天文物理學”。天體化學最主要研究星際分子雲的形成、組成成分、演化和最終結局，因為這些相關知識與太陽系如何形成有關聯。
許多年來，天文學家缺少星際間的化學知識，認為星際間只是黑暗，無物。1950至60年代出現射電天文學，開始有令人興奮的發現；觀察氫分子的21公分線顯示星際間有豐富的氫、氦、碳、氮等的各種化合物。從空間的微波譜發現，有180種類型的碳，氮等分子的拼料。這些分子繞化學鍵轉動時就產生能量。研究這些新發現的化合物可以為我們提供很有價值的科學信息：這些分子（化合物）很有可能是生命的先驅；由於宇宙間稀薄的氣體性質使在地球上不能實現的化學反應在星際間能實現，進而令人認識新的反應過程。
- 天體物理學
天體物理學是研究宇宙的物理學，這包括星體的物理性質（光度，密度，溫度，化學成分等等）和星體與星體彼此之間的相互作用。套用物理理論與方法，天體物理學探討恆星結構、恆星演化、太陽系的起源和許多跟宇宙學相關的問題。由於天體物理學是一門很廣泛的學問，天文物理學家通常套用很多不同的學術領域，包括力學、電磁學、統計力學、量子力學、相對論、粒子物理學等等。由於近代跨學科的發展，與化學、生物、歷史、計算機、工程、古生物學、考古學、氣象學等學科的混合，天體物理學目前大小分支大約三百到五百門主要專業分支，成為物理學當中最前沿的龐大領導學科，是引領近代科學及科技重大發展的前導科學，同時也是歷史最悠久的古老傳統科學。
空間運輸
火箭
火箭或稱噴進器，是一種利用排出物質以製造反作用力而前進的載具，因火箭機構最早用於發射箭矢上，因此在中文稱為火箭。火箭推進是一種精密的結構，它的原理主要是力學、熱力學，以及其它有關科學之運用，諸如電學等。火箭跟一般的飛機主要的不同點在於：飛機只能在大氣層內飛翔，但是火箭可以在外層空間工作，因為它不需要利用外界空氣便能夠燃燒推進。火箭推力的獲得，乃由高速噴出物反作用而生成。其原理與用水管噴水時水管會向後退，以及槍向后座的原理一樣。火箭的燃料經過燃燒室燃燒以後，會產生高溫高壓的氣體，之後再經過一個噴嘴而加速，並排氣到外界。這些氣體便是推動火箭的原動力。
太空飛行器推進
星際航行
星際航行是行星際航行和恆星際航行的統稱。行星際航行是指太陽系內的航行，恆星際航行是指太陽系以外的恆星際空間的飛行。不載人行星際航行已經實現，而恆星際航行尚處於探索階段。
