Le righe spettrali sono lacune nella distribuzione ordinariamente continua della frequenza nella luce. Risultano quando la luce emessa è parzialmente assorbita dalla materia, solitamente un gas. Un tipo di riga spettrale è una riga di assorbimento, che si verifica quando alcune frequenze di luce vengono assorbite dalla radiazione emessa. Una linea di emissione, invece, è visibile nella luce che è stata assorbita e poi riemessa. Queste linee possono fornire agli astronomi indizi sulla composizione e la velocità degli oggetti astronomici.
Il primo dei due tipi di righe spettrali sono le righe di assorbimento. Le linee di assorbimento si verificano quando la luce viene emessa da un oggetto, come una stella, e poi passa attraverso un gas prima di raggiungere un osservatore. In questo caso, la luce di una stella calda sarà emessa con forza su un’ampia gamma di frequenze; in altre parole, avrà uno spettro di radiazione continuo. Tuttavia, se attraversa un gas freddo, la luce con determinate frequenze può essere assorbita dal gas. Quando un osservatore analizza la luce, che originariamente proveniva dalla stella, mostrerà linee di assorbimento, evidenti lacune in determinate frequenze di radiazione.
Il secondo tipo di riga spettrale è una riga di emissione. La luce delle stelle non può essere assorbita continuamente da un gas perché la luce contiene energia. Piuttosto, viene assorbito dal gas e poi riemesso in un secondo momento. Quando viene riemessa, la luce contiene solo le frequenze che sono state assorbite dal gas. Pertanto, le frequenze delle linee di emissione dovrebbero corrispondere alle frequenze delle corrispondenti linee di assorbimento. Questo infatti è stato verificato dagli astronomi osservando la luce riemessa; i due tipi di rette sono essenzialmente l’uno inverso dell’altro.
Le righe spettrali esistono perché la luce emessa da elementi e sostanze chimiche ha uno spettro di frequenze continuo. Piuttosto che essere un’entità omogenea, la luce visibile è in realtà una radiazione elettromagnetica all’interno di un certo intervallo di frequenze. Anche le radiazioni invisibili ad occhio nudo hanno una distribuzione di frequenza continua, sebbene siano concentrate al di fuori della gamma visibile. Uno strumento scientifico noto come spettrometro può essere utilizzato per analizzare le frequenze della radiazione elettromagnetica.
Lo studio di queste linee può fornire agli astronomi due importanti informazioni. Innanzitutto, conoscendo quali gas producono quali righe di assorbimento, le righe spettrali possono aiutare a identificare la composizione delle atmosfere planetarie. Gli astronomi hanno utilizzato questa tecnica per caratterizzare le atmosfere dei pianeti al di fuori del sistema solare. In secondo luogo, modelli riconoscibili di righe spettrali possono indicare la velocità degli oggetti astronomici: la velocità di un oggetto sposta la frequenza della sua radiazione, comprese le righe spettrali.