A espectroscopia é o estudo do espectro da luz. Quando a luz atravessa um prisma ou uma rede de difração, decompõe-se nos seus comprimentos de onda componentes. O espectro resultante contém linhas escuras, chamadas linhas de absorção, ou linhas brilhantes, chamadas linhas de emissão. Cada elemento produz um padrão único de linhas. Ao interpretar estes padrões, os astrónomos podem determinar a composição de uma estrela, galáxia ou planeta.

A técnica foi desenvolvida no século XIX por Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen, que demonstraram que cada elemento possui uma assinatura espectral característica. Os astrónomos rapidamente a aplicaram ao Sol, descobrindo o hélio ainda antes da sua descoberta na Terra. Desde então, a espectroscopia tornou-se a ferramenta mais importante da astronomia.

A espectroscopia revela mais do que a composição. O deslocamento das linhas espectrais revela movimento. O alargamento das linhas revela a temperatura e a pressão. O desdobramento das linhas revela campos magnéticos. A forma do espectro contínuo revela a presença de poeira. Quase tudo o que os astrónomos sabem sobre as propriedades físicas dos objetos celestes provém da espectroscopia.

Os espectrógrafos modernos são incrivelmente sensíveis. Conseguem detetar planetas medindo a oscilação de uma estrela. Conseguem medir a expansão do universo. Conseguem procurar bioassinaturas nas atmosferas dos exoplanetas. O espectro é um código de barras cósmico, e os astrónomos aprenderam a lê-lo.