Spektroskopi är studiet av ljus när det bryts in i dess beståndsdelar. Genom att undersöka dessa olika färger kan man bestämma hur många egenskaper som helst hos det föremål som studeras, eftersom ljusets färger reflekterar energitillstånden. Mer tekniskt tittar spektroskopi på interaktionen mellan någon materia och strålning. Det används för att analysera föreningar inom kemi, för att avgöra vilka olika grundämnen som utgör något, och används även inom astronomi för att få insikt i både sammansättning och hastigheter hos astronomiska kroppar.
Man kan dela in spektroskopi i många deldiscipliner, beroende på vad som mäts och hur det mäts. Några större divisioner inkluderar masspektrometri, elektronspektroskopi, absorptionsspektroskopi, emissionsspektroskopi, röntgenspektroskopi och elektromagnetisk spektroskopi. Det finns dock många andra typer av spektroskopi också, inklusive de som tittar på ljud när det sprids, eller elektriska fält.
Vid röntgenspektroskopi, till exempel, bombarderar röntgenstrålar ett ämne. När de träffar den exciteras elektronerna i atomernas inre skal och avexciterar sedan och avger strålning. Denna strålning kommer ut med olika frekvenser, beroende på atom, och det finns små variationer beroende på de kemiska bindningarna som finns. Det innebär att strålningen kan undersökas för att fastställa vilka grundämnen som finns, i vilka mängder och vilka kemiska bindningar som finns.
Inom astronomi kan spektroskopi användas för att bestämma en lång rad saker om sammansättningen av stjärnor och andra himlakroppar. Detta beror på att ljus är en våg, och olika energier har olika våglängder. Dessa olika våglängder korrelerar med olika färger, som kan observeras med hjälp av teleskop. Spektroskopi innebär att man tittar på de olika färgerna och använder det man vet om energierna från olika processer och element för att bygga en karta över vad som händer tusentals miljoner ljusår bort.
Det finns två huvudspektra av ljus som man tittar på i astronomisk spektroskopi: kontinuerlig och diskret. Ett kontinuerligt spektrum har ett brett utbud av färger som är relativt kontinuerliga. Ett diskret spektrum, å andra sidan, har vissa spikar av mycket ljusa eller mycket mörka linjer vid specifika energier. Diskreta spektra som har ljusa spikar kallas emissionsspektra, medan de som har mörka spikar kallas absorptionsspektra.
De kontinuerliga spektra sänds ut av saker som stjärnor, såväl som saker på jorden som bränder, djur eller glödlampor. Eftersom energi frigörs över våglängdsspektrumet verkar den ganska kontinuerlig, även om det kan finnas toppar och dalar inom spektrumet. Inte allt detta ljus är naturligtvis synligt för blotta ögat, mycket av det finns i det infraröda eller ultravioletta området.
Diskreta spektra, å andra sidan, orsakas vanligtvis av att något händer av en viss atom. Detta beror på att, på grund av vissa regler för kvantmekaniken, elektronmoln har en mycket specifik energi, beroende på den associerade atomen. Varje enskilt element har bara en handfull energinivåer det kan ha, och nästan alla är lätta att identifiera. Samtidigt vill dessa element alltid återgå till dessa grundläggande energinivåer, så om de blir upphetsade på något sätt avger de den extra energin som ljus. Det ljuset har den exakta våglängden man kan förvänta sig för den atomen, vilket gör att astronomer kan se ljustoppen och känna igen vilka atomer som är inblandade, vilket hjälper till att låsa upp hemligheterna bakom universums sammansättning.