Spektroskopie ist die Untersuchung von Licht, wenn es in seine Bestandteile zerfällt. Durch die Untersuchung dieser verschiedenen Farben kann man eine beliebige Anzahl von Eigenschaften des untersuchten Objekts bestimmen, da die Farben des Lichts die Energiezustände widerspiegeln. Technisch betrachtet untersucht die Spektroskopie die Wechselwirkung zwischen Materie und Strahlung. Es wird verwendet, um Verbindungen in der Chemie zu analysieren, um zu bestimmen, aus welchen verschiedenen Elementen etwas besteht, und wird auch in der Astronomie verwendet, um Einblicke in die Zusammensetzung und Geschwindigkeiten astronomischer Körper zu erhalten.
Man kann die Spektroskopie in viele Teildisziplinen unterteilen, je nachdem, was gemessen wird und wie es gemessen wird. Einige Hauptabteilungen umfassen Massenspektrometrie, Elektronenspektroskopie, Absorptionsspektroskopie, Emissionsspektroskopie, Röntgenspektroskopie und elektromagnetische Spektroskopie. Es gibt jedoch auch viele andere Arten der Spektroskopie, einschließlich solcher, die Schall bei seiner Streuung oder elektrische Felder betrachten.
Bei der Röntgenspektroskopie beispielsweise bombardieren Röntgenstrahlen eine Substanz. Wenn sie darauf treffen, werden die Elektronen in den inneren Schalen der Atome angeregt und dann entregt, wodurch Strahlung abgegeben wird. Diese Strahlung tritt je nach Atom mit unterschiedlichen Frequenzen aus, und es gibt leichte Variationen in Abhängigkeit von den vorhandenen chemischen Bindungen. Das bedeutet, dass die Strahlung untersucht werden kann, um festzustellen, welche Elemente in welchen Mengen vorhanden sind und welche chemischen Bindungen bestehen.
In der Astronomie kann die Spektroskopie verwendet werden, um eine Vielzahl von Dingen über die Zusammensetzung von Sternen und anderen Himmelskörpern zu bestimmen. Dies liegt daran, dass Licht eine Welle ist und unterschiedliche Energien unterschiedliche Wellenlängen haben. Diese unterschiedlichen Wellenlängen korrelieren mit unterschiedlichen Farben, die mit Teleskopen beobachtet werden können. Bei der Spektroskopie werden die verschiedenen Farben betrachtet und das Wissen über die Energien verschiedener Prozesse und Elemente verwendet, um eine Karte von dem zu erstellen, was Tausende von Millionen Lichtjahren entfernt passiert.
Es gibt zwei Hauptlichtspektren, die in der astronomischen Spektroskopie betrachtet werden: kontinuierliche und diskrete. Ein kontinuierliches Spektrum hat eine breite Palette von Farben, die relativ kontinuierlich sind. Andererseits weist ein diskretes Spektrum bestimmte Spitzen von sehr hellen oder sehr dunklen Linien bei bestimmten Energien auf. Diskrete Spektren mit hellen Spitzen werden als Emissionsspektren bezeichnet, während solche mit dunklen Spitzen als Absorptionsspektren bezeichnet werden.
Die kontinuierlichen Spektren werden von Dingen wie Sternen sowie von Dingen auf der Erde wie Feuer, Tieren oder Glühbirnen emittiert. Da Energie über das Wellenlängenspektrum freigesetzt wird, erscheint sie ziemlich kontinuierlich, obwohl es innerhalb des Spektrums Spitzen und Täler geben kann. Natürlich ist nicht alles von diesem Licht mit bloßem Auge sichtbar, ein Großteil davon liegt im Infrarot- oder Ultraviolettbereich.
Diskrete Spektren hingegen werden normalerweise dadurch verursacht, dass etwas von einem bestimmten Atom passiert. Denn aufgrund bestimmter Regeln der Quantenmechanik haben Elektronenwolken je nach zugehörigem Atom eine ganz bestimmte Energie. Jedes einzelne Element hat nur eine Handvoll Energieniveaus, die es haben kann, und fast alle sind leicht zu identifizieren. Gleichzeitig wollen diese Elemente immer zu diesen grundlegenden Energieniveaus zurückkehren, also emittieren sie die zusätzliche Energie als Licht, wenn sie auf irgendeine Weise erregt werden. Dieses Licht hat genau die Wellenlänge, die man für dieses Atom erwarten würde, was es Astronomen ermöglicht, die Lichtspitze zu sehen und zu erkennen, um welche Atome es sich handelt, und hilft, die Geheimnisse der Zusammensetzung des Universums zu entschlüsseln.