在波長短於X射線(短於0.01埃)的電磁輻射範圍內研究天體的一門學科。γ射線被地球大氣嚴重吸收，因而隻能利用衛星、高空氣球、火箭（主要是衛星）來進行探測；能量高於1011電子伏的γ射線，在地球大氣中產生高能粒子簇射（見空氣簇射），這種簇射又產生大氣切連科夫輻射，所以也有人嘗試在地面用大望遠鏡對宇宙γ射射線作間接的觀測。γ射線天文學所使用的探測器和地面實驗室的類似，有閃爍計數器、火花室、切連科夫計數器等。
發展簡況 早在1948年就有人陸續開始進行宇宙γ射線的探測，但都未獲成功。1958年，莫裡森從理論上預言某些天體可能發射強的γ射線，提出γ射線天文學的概念，推動瞭宇宙γ射線的探測研究。1962年月球軌道衛星“徘徊者”3號和5號的實驗表明，存在宇宙γ射線背景輻射，在70千電子伏～4.4兆電子伏范圍其能譜為dJ(E)=0.012E-2.2dE，E是γ射線的能量，以兆電子伏為單位，dJ(E)單位為光子數/（厘米2·秒·球面度）；0.51兆電子伏譜線上限是0.014光子數/(厘米2·秒)，2.23兆電子伏譜線上限是0.005光子數／（厘米2·秒）。宇宙γ射線背景輻射，經軌道太陽觀測臺3號(OSO-3)、“阿波羅”15號、小型天文衛星－B(SAS-B)等衛星以及一系列氣球探測證實。100兆電子伏以上的輻射也已經被探測到，但在1～20兆電子伏能量范圍內，探測到的γ射線背景輻射流量比由 X射線背景輻射能譜得到的外插流量約大5倍。鑒於宇宙背景輻射問題對宇宙學的研究具有重要意義，有必要進一步研究γ射線背景輻射。這個問題的困難在於宇宙背景比較弱，而非宇宙背景的γ射線背景源又比較復雜。它包括探測器外部的中性輻射和內部產生的輻射。前者包括大氣γ射線、大氣中子、探測器周圍宇宙線等帶電粒子同物質相互作用產生的γ射線以及中子和電子的軔致輻射等；後者則包括探測器材料固有的放射性和激活。上述這些背景源也是在任何γ射線天文探測的實驗設計時必須考慮的因素。1967年OSO-3衛星探測到來自銀盤的能量高於50兆電子伏的γ射線輻射。它們和氫的密度成正比，在銀心處最強。隨後又由SAS-B、軌道地球物理臺5號(OGO-5)、“特德”-1A(TD-1A)等衛星以及一系列氣球探測所證實。SAS－B是探測宇宙γ射線的專用衛星，它確定發射γ射線的銀盤帶寬度小於6°。目前認為平均流量(光子能量大於100兆電子伏)在銀心區約為(1～2)×10-4光子數／（厘米2·秒·球面度）；銀盤區約為(1～2)×10-5光子數/（厘米2·秒·球面度），其能譜似乎有兩種成分：荷電宇宙線同星際氣體相互作用產生的π0介子衰變譜和與E剷成比例的冪律譜，因此銀河γ射線輻射可能是最早被探測到的由核反應產生的天體γ射線。
γ射線天文學這一概念的提出雖然早於X射線天文學，但其進展卻遠遠落後於X射線天文學。這是因為宇宙γ射線的探測有一些難以克服的困難：γ射線流量極低，儀器背景輻射很高，而且至今還沒有真正合適的、能精確確定位置的γ射線望遠鏡。但是，γ射線的譜線具有較大的物質貫穿力，能提供宇宙中具體的核過程信息，使我們能夠探測更為遙遠的宇宙深處。
太陽γ射線天文 太陽的γ射線輻射探測，到1958年才取得比較可信的結果。當時發現太陽γ射線爆發總是伴隨著射電爆發，但是具體能量並不清楚。軌道太陽觀測臺7號衛星探測到瞭與1972年8月4日和7日的兩次太陽強耀斑事件（3B級耀斑）相聯系的γ射線爆發；它出現於耀斑的初始階段，與脈沖射電爆發、硬X射線爆發緊密相聯系，既有連續成分，也出現譜線。強的譜線是0.51和2.23兆電子伏，弱的譜線是4.4和6.1兆電子伏。0.51兆電子伏這條譜線是正負電子對湮沒的結果；而2.23兆電子伏譜線隻是中子-質子俘獲的產物(見太陽γ射線爆發)。
非太陽 γ射線天文 第一個探測到的地外的γ射線譜線是由銀心方向來的約0.5兆電子伏的譜線。1970年11月，用氣球運載的閃爍計數器探測到476±24千電子伏的γ譜線，其流量約為8×10-4光子數/（厘米2·秒)。有人認為這是來自重核宇宙線散裂產生的7Li在478千電子伏激發態的退激發；也有人認為是0.51兆電子伏的引力紅移的結果。經過1975年的進一步探測，發現約0.5兆電子伏的譜線的中心位置變為530±11千電子伏，因此譜線的本質仍然是一個謎。近來在銀心方向還探測到4.6兆電子伏的γ射線，它可能是12C的第一激發態（4.43兆電子伏）的激發產生的。
根據莫裡森最初的理論分析，除太陽等天體為γ射線源外，超新星遺跡如蟹狀星雲也是相當重要的γ射線源的候選者。隨後又有不少理論工作者作出各種預言，但根據實驗探測，目前除知道蟹狀星雲有直到500千電子伏左右的連續譜外，並未確實證明有γ譜線存在。1～500千電子伏范圍的能譜為冪律譜，譜指數2.1～2.2，有些輻射的脈沖周期約為33毫秒，這無疑是屬於蟹狀星雲中的脈沖星PSR0531＋21的輻射。近年來，由於小型天文衛星-B和宇宙線觀測衛星-B的探測，象這類有γ射線輻射的脈沖星已發現多個。1972年還出現過一顆明亮的、位於NGC5253的河外超新星SN1972e，其目視星等達8.5等；同時，軌道太陽觀測臺7號帶有γ射線探測器在軌道中運行，但並未探測到這顆星的任何瞬變的γ射線輻射。
γ射線天文學研究對象中，最引人註目的現象是宇宙γ射線爆發。這種爆發最初是監測核爆炸的“維拉”衛星發現的，1967年就有記錄，但肯定γ射線爆發為宇宙現象並公佈於世，則是1973年6月的事。γ射線爆發的能量在3×10-6～5×10-4爾格／厘米2的范圍內（100千電子伏以上能段）；延續時間幾秒，很可能是由不到一秒的小爆發所組成；至今探測到的都是連續譜，未發現γ譜線，平均的光子數譜有下列形式：
dN/dE∝
(100～400千電子伏)，
dN/dE∝
(400～1，100千電子伏)
Eγ是以千電子伏表示的光子能量。γ射線爆發的事件出現頻數約為每年8±2次，出現的方向是隨機的，這意味著γ射線爆發的源或者是在太陽周圍幾百光年之內，或者是遠在銀河之外。關於γ射線爆發的本質仍有爭議，關鍵在於至今還沒有精確確定出它的位置，因此無法同光學、射電的觀測結合起來。這是一個需要研究解決的問題。
參考書目
E.L.Chupp，Gamma-Ray Astronomy，D.Reidel Publ.Co.，Dordrecht-Holland/Boston，1976.