Spektroskopia to nauka o widmach światła. Gdy światło przechodzi przez pryzmat lub siatkę dyfrakcyjną, rozchodzi się na długości fal składowych. Powstałe widmo zawiera ciemne linie zwane liniami absorpcyjnymi lub jasne linie zwane liniami emisyjnymi. Każdy pierwiastek tworzy unikalny wzór linii. Odczytując te wzory, astronomowie mogą określić, z czego zbudowana jest gwiazda, galaktyka lub planeta.

Technika ta została opracowana w XIX wieku przez Gustava Kirchhoffa i Roberta Bunsena, którzy wykazali, że każdy pierwiastek ma charakterystyczny odcisk widmowy. Astronomowie szybko zastosowali ją do Słońca, odkrywając hel, zanim jeszcze odkryto go na Ziemi. Od tego czasu spektroskopia stała się najważniejszym narzędziem w astronomii.

Spektroskopia ujawnia więcej niż tylko skład. Przesunięcie linii widmowych ujawnia ruch. Poszerzenie linii ujawnia temperaturę i ciśnienie. Rozszczepienie linii ujawnia pola magnetyczne. Kształt kontinuum ujawnia obecność pyłu. Niemal wszystko, co astronomowie wiedzą o właściwościach fizycznych obiektów niebieskich, pochodzi ze spektroskopii.

Nowoczesne spektrografy są niezwykle czułe. Potrafią wykrywać planety, mierząc chybotanie gwiazdy. Potrafią mierzyć ekspansję Wszechświata. Potrafią poszukiwać biosygnatur w atmosferach egzoplanet. Widmo to kosmiczny kod kreskowy, a astronomowie nauczyli się go odczytywać.