作为比可见光能量更高的电磁波段，紫外是研究宇宙中很多天体物理过程的重要窗口，既包括恒星、X射线双星、星系、活动星系核、星系团等，也包括超新星、千新星、恒星潮汐瓦解事件等暂现源。虽然能产生紫外辐射的天体种类繁多，但紫外光子的产生和吸收主要是基于几种基本的物理过程，包括黑体辐射、共振发射和吸收等。由于大多数元素的吸收谱都在紫外波段，高精度的紫外能谱对于研究天体及星际介质中的物质成分、温度等状态非常重要。

下面简单介绍天体物理中最主要的紫外辐射产生和吸收的物理过程。

恒星发出的电磁辐射可近似看作黑体辐射，天文学家通常把与恒星光度L相同的绝对黑体温度定义为恒星有效温度。根据普朗克定律，黑体辐射的强度随波长的分布只和温度有关，峰值波长对应的温度可以用维恩位移定律（）计算。表面温度高的恒星辐射能量主要集中于短波区。

早型星（O、B、A型）温度在7500K以上，电磁辐射峰值在紫外波段，在紫外波段有很强的连续谱，并叠加许多共振吸收线。早型星紫外色指数随大气参数的变化要比可见光敏感得多。晚型星（F、G、K和M型）的紫外辐射虽不强，但在紫外波段已观测到它们有类似的色球和星冕的发射线（如280纳米的一次电离镁线、氢的莱曼系α线等）。对各种不同光谱型恒星进行紫外发射线的研究，在理解恒星耀斑现象和探讨恒星色球等方面都是很重要的。

此外，白矮星表面的温度为5000～40000K，因而其黑体辐射主要在紫外波段。紫外是探测和寻找白矮星的重要途径。

除了恒星，黑体辐射还在宇宙中很多天体物理过程中扮演重要角色，如活动星系核吸积盘的辐射峰值在紫外，一般认为是由多温黑体谱叠加而成（半径越靠内温度越高），形成所谓的“大蓝包”特征。

共振线指的是分子、原子和离子在基态和激发态之间跃迁时在能谱中产生的线。从基态跃迁到激发态产生吸收线；从激发态退激发到基态产生发射线。量子力学中，基态相关的跃迁概率比较大，而且大多数的原子通常处于基态，因此共振线一般比较强。基态到第一激发态的能级通常比较高，因此，大多数共振线位于紫外，特别是远紫外区域。比如，中性氢原子产生的莱曼α线波长为121.6纳米。图1中显示了宇宙中常见原子和离子的共振线所处的波长，纵轴表示各共振线的强度。宇宙中的常见元素中，除了NaI、AlI、K I、Ca I、CaⅡ、TiⅠ、TiⅡ等少数基态共振线处在光学，其余都在紫外。

共振线对化学组成（元素丰度）和物理状态（温度、密度等）非常敏感。因此，对于研究天体的状态非常重要。温度为10⁵K附近的气体中，电离碳CIV常产生的波长为154.82纳米和155.08纳米的双线，以及电离氮NV常产生的波长为154.82纳米和155.08纳米的双线常作为线示踪剂；对于10⁶K以上的气体，电离氧OVI产生波长的为103.76纳米和103.19纳米的高电离氧线常作为线示踪剂。

图1 宇宙中原子核离子共振线的强度与波长的关系（紫外特别是远紫外和极紫外的共振线特别多）

在分子中，除了和原子一样的电子运动，还存在着原子在平衡位置附近的振动以及分子绕质心的转动。每一种类型的运动都会形成相应的能级。因此，分子中主要存在电子能级、振动能级和转动能级三种能级。单独而言，电子能级的能量差为1～20电子伏特，其中的共振能级主要出现在紫外和光学波段；振动能级一般为电子能级的10%左右，0.025～1电子伏特，集中在红外波段；转动能级之间的能量差约为电子能及的1%量级，0.005～0.025电子伏特，集中在远红外和亚毫米波段。在真实的宇宙中，分子中的各种能级跃迁经常会同时发生，因此，分子中的电子跃迁也经常会伴随着振动能级和转动能级之间的跃迁。因此，紫外光谱也非常适合于分子的研究，例如，宇宙中最广泛存在的分子H₂、CO、O₂、CS、C₂等的电子跃迁正好位于紫外波段。

分子吸收一个或者多个光子，从而被破坏的过程称为“光致离解”。光致离解过程一般通过吸收特定能量附近的光子发生。化学式为，其中A和B表示分子中的两个原子，hv表示光子。氢分子H₂光致离解速度依赖于110～91.2纳米波段的光强度。

在巨分子云中，朝向光源的分子会通过光致离解吸收紫外光，其后的分子接收到的紫外光会大量减少，因此，光致离解速度会迅速下降，称为“自屏蔽”现象。

原子中的电子吸收一个光子能量，从而形成一个离子和一个自由电子的现象称为光致电离。大量元素的原子光致电离所需要的光子能量都处在紫外区域。以宇宙中占比最高的氢元素为例，电离基态氢原子所需的光子波长需要短于91.2纳米，一般认为是由第一代恒星形成或类星体的紫外辐射贡献电离光子。宇宙中的中性氢原子被电离，从而使得宇宙由不透明转变成透明的过程，称为宇宙再电离（图2）。

图2 光致解离界面（相互作用强度）

宇宙中的尘埃颗粒主要由硅酸盐和碳粒组成，大多数的颗粒尺寸小于1微米，并存在一定的分布。尘埃颗粒能够吸收和散射波长小于其自身的电磁辐射。一般而言，电磁辐射波长越小，消光越有效，因此，紫外波段的消光远大于光学波段。散射的星光会成为弥漫辐射的一部分。而尘埃在吸收紫外和光学波段的星光之后，会将能量在红外波段进行辐射。其中，较大的尘埃颗粒温度在30K左右，峰值辐射在100微米；中等颗粒的温度大于100K，辐射峰值为30微米；小的尘埃颗粒辐射峰值可以短于30微米。不同的尘埃颗粒分布会影响一个星系的消光强度和与波长的关系(即消光曲线)。图3中给出了不同波长电磁波的消光曲线，不同颜色的曲线代表了不同的星系。

图3 消光曲线

此外，能够产生X射线的辐射机制都能够产生极紫外波段的辐射。其中包括热轫致辐射、同步辐射等。