La spectroscopie est l'étude des spectres lumineux. Lorsque la lumière traverse un prisme ou un réseau de diffraction, elle se décompose en ses longueurs d'onde composantes. Le spectre résultant présente des raies sombres, appelées raies d'absorption, et des raies brillantes, appelées raies d'émission. Chaque élément produit un spectre unique. En analysant ces spectres, les astronomes peuvent déterminer la composition d'une étoile, d'une galaxie ou d'une planète.

Cette technique a été mise au point au XIXe siècle par Gustav Kirchhoff et Robert Bunsen, qui ont démontré que chaque élément possède une signature spectrale caractéristique. Les astronomes l'ont rapidement appliquée au Soleil, découvrant ainsi l'hélium avant même qu'il ne soit trouvé sur Terre. Depuis, la spectroscopie est devenue l'outil le plus important en astronomie.

La spectroscopie révèle bien plus que la composition. Le déplacement des raies spectrales indique le mouvement. Leur élargissement révèle la température et la pression. Leur dédoublement révèle les champs magnétiques. La forme du spectre continu révèle la présence de poussière. Presque tout ce que les astronomes savent des propriétés physiques des objets célestes provient de la spectroscopie.

Les spectrographes modernes sont d'une sensibilité incroyable. Ils peuvent détecter des planètes en mesurant l'oscillation d'une étoile. Ils peuvent mesurer l'expansion de l'univers. Ils peuvent rechercher des biosignatures dans les atmosphères des exoplanètes. Le spectre est un code-barres cosmique, et les astronomes ont appris à le déchiffrer.