Spektroskopie je studium světelných spekter. Když světlo prochází hranolem nebo difrakční mřížkou, rozkládá se na své složky vlhových délek. Výsledné spektrum obsahuje tmavé čáry zvané absorpční čáry nebo jasné čáry zvané emisní čáry. Každý prvek vytváří jedinečný vzor čar. Čtením těchto vzorů mohou astronomové určit, z čeho se hvězda, galaxie nebo planeta skládá.

Tuto techniku ​​vyvinuli v 19. století Gustav Kirchhoff a Robert Bunsen, kteří ukázali, že každý prvek má charakteristický spektrální otisk prstu. Astronomové ji rychle aplikovali na Slunce a objevili hélium dříve, než bylo nalezeno na Zemi. Od té doby se spektroskopie stala nejdůležitějším nástrojem v astronomii.

Spektroskopie odhaluje více než jen složení. Posun spektrálních čar odhaluje pohyb. Rozšíření čar odhaluje teplotu a tlak. Rozdělení čar odhaluje magnetická pole. Tvar kontinua odhaluje přítomnost prachu. Téměř vše, co astronomové vědí o fyzikálních vlastnostech nebeských objektů, pochází ze spektroskopie.

Moderní spektrografy jsou neuvěřitelně citlivé. Dokážou detekovat planety měřením kolísání hvězdy. Dokážou měřit rozpínání vesmíru. Dokážou hledat biosignatury v atmosférách exoplanet. Spektrum je kosmický čárový kód a astronomové se ho naučili číst.