Spectroscopie is de studie van lichtspectra. Wanneer licht door een prisma of een diffractierooster gaat, splitst het zich in zijn samenstellende golflengten. Het resulterende spectrum bevat donkere lijnen, absorptielijnen genaamd, en heldere lijnen, emissielijnen genaamd. Elk element produceert een uniek patroon van lijnen. Door deze patronen te lezen, kunnen astronomen bepalen waaruit een ster, sterrenstelsel of planeet is opgebouwd.

De techniek werd in de 19e eeuw ontwikkeld door Gustav Kirchhoff en Robert Bunsen, die aantoonden dat elk element een karakteristieke spectrale vingerafdruk heeft. Sterrenkundigen pasten de techniek al snel toe op de zon en ontdekten helium voordat het op aarde werd gevonden. Sindsdien is spectroscopie uitgegroeid tot het belangrijkste instrument in de astronomie.

Spectroscopie onthult meer dan alleen de samenstelling. De verschuiving van spectraallijnen onthult beweging. De verbreding van lijnen onthult temperatuur en druk. De splitsing van lijnen onthult magnetische velden. De vorm van het continuüm onthult de aanwezigheid van stof. Bijna alles wat astronomen weten over de fysische eigenschappen van hemellichamen is afkomstig van spectroscopie.

Moderne spectrografen zijn ongelooflijk gevoelig. Ze kunnen planeten detecteren door de schommeling van een ster te meten. Ze kunnen de expansie van het heelal meten. Ze kunnen zoeken naar biosignaturen in de atmosferen van exoplaneten. Het spectrum is een kosmische barcode, en astronomen hebben geleerd die te lezen.