Астроспектроскопи́я (от астро…, лат. spectrum – представление, образ и ...скопия), раздел астрофизики, в котором исследуют спектры небесных тел с целью изучения физической природы этих тел и их движения в пространстве.

Впервые спектроскоп для астрономических наблюдений применил в 1814 г. Й. Фраунгофер, который открыл линии поглощения в спектре Солнца. С помощью спектроскопа П. Ж. С. Жансен и Дж. Локьер во время солнечного затмения в 1868 г. обнаружили на Солнце гелий. Начало массовых спектральных исследований звёзд, планет, галактик и туманностей относится к 1-й половине 20 в.

Типы звёздных спектров. Иллюстрация из книги: Secchi A. Le stelle: saggio di astronomia siderale. Milano, 1877.Типы звёздных спектров. Иллюстрация из книги: Secchi A. Le stelle: saggio di astronomia siderale. Milano, 1877.Спектры могут наблюдаться в видимом диапазоне (характерная длина волны $\lambda\! =\!550 \:нм$), а также в других диапазонах: радио- $( \lambda \! =\!1 \:м),$ инфракрасном $(\lambda \! =\!10 \:мкм),$ ультрафиолетовом $( \lambda \! =\!100 \:нм),$ рентгеновском $(\lambda \! =\!0,\!1 \:нм)$ и гамма-диапазоне $(\lambda \! <\!0,\!01 \:нм).$ Спектр может быть непрерывным (сплошным), линейчатым и ступенчатым (скачки у пределов атомных серий). При этом тепловой спектр определяется тепловыми движениями атомов и молекул, а при нетепловом спектре излучение формируется особыми механизмами (излучением электронов в магнитном поле, плазменной неустойчивостью, мазерными эффектами, связанными с инверсной населённостью атомных уровней, и т. п.). Характеристики непрерывного спектра, профили и интенсивности спектральных линий излучения и поглощения, скачки у пределов серий зависят от физических условий в излучающей среде: температуры, плотности и т. п., а также от химического состава. Кроме того, благодаря эффекту Доплера длина волны излучения, регистрируемая наблюдателем, зависит от проекции скорости движения излучателя на луч зрения. Поэтому астроспектроскопические исследования являются мощным средством изучения излучающих объектов и определения их фундаментальных параметров.Виды спектров наблюдаемого излучения астрономических объектов. При беспрепятственном наблюдении звезды регистрируется непрерывный спектр. Если свет звезды проходит через газ (атмосферу звезды, межзвёздный газ, туманность и др.), то на некоторых длинах волн излучение поглощается содержащимися в газе атомами, ионами или молекулами, создавая тёмные линии (спектр поглощения). При переизлучении поглощённой энергии газом регистрируется спектр излучения. Перевод и адаптация: БРЭ.Виды спектров наблюдаемого излучения астрономических объектов. При беспрепятственном наблюдении звезды регистрируется непрерывный спектр. Если свет звезды проходит через газ (атмосферу звезды, межзвёздный газ, туманность и др.), то на некоторых длинах волн излучение поглощается содержащимися в газе атомами, ионами или молекулами, создавая тёмные линии (спектр поглощения). При переизлучении поглощённой энергии газом регистрируется спектр излучения. Перевод и адаптация: БРЭ.Спектр космического объекта может быть получен с помощью астроспектрографа или приборов, использующих явление интерференции света, например интерферометра Фабри – Перо. В рентгеновском и гамма-диапазонах для получения спектров применяют методы, основанные на явлении дифракции излучения. В видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах для регистрации спектров используют твердотельные панорамные фотоприёмники – ПЗС-матрицы, обладающие очень высокой квантовой эффективностью. Спектральное разрешение прибора характеризуется величиной $R\!=\!\lambda/\triangle\lambda,$ где $\lambda\ –$ рабочая длина волны, $\triangle\lambda\ –$ минимальный интервал длин волн, выделяемый спектральным прибором. Величина $R$ для разных наблюдений меняется от 10–100 до 10⁵–10⁶.Принцип работы астроспектрографа.Принцип работы астроспектрографа.Методы астроспектроскопии широко применяются при исследованиях Солнца, планет, туманностей, звёзд, межзвёздной среды и галактик. Изучение непрерывных спектров и линий поглощения в спектрах звёздных атмосфер позволило осуществить двумерную спектральную классификацию звёзд, изучить межзвёздное поглощение в Галактике, определить скорости турбулентного движения газа, температуры, плотности и ускорения силы тяжести в звёздных атмосферах. По доплеровскому уширению спектральных линий измерены скорости вращения звёзд. По периодическим доплеровским смещениям линий в спектрах двойных звёздных систем определены массы звёзд, а также массы нейтронных звёзд и чёрных дыр. Детальный анализ профилей спектральных линий различных химических элементов с применением современных моделей звёздных атмосфер, в которых не используется предположение о локальном термодинамическом равновесии, позволяет изучать химический состав солнечного и звёздного вещества. Анализ интенсивностей и профилей межзвёздных линий поглощения в спектрах звёзд даёт возможность изучать химический состав межзвёздной среды. Спектроскопический анализ молекулярных полос поглощения в спектрах атмосфер планет позволяет проводить их химический, в том числе изотопный, анализ, а также определять физические условия в планетных атмосферах.

Спектрограф Hydra (прибор чёрного цвета), установленный на 3,5-метровом телескопе WIYN. Национальная обсерватория Китт-Пик (штат Аризона, США).Спектрограф Hydra (прибор чёрного цвета), установленный на 3,5-метровом телескопе WIYN. Национальная обсерватория Китт-Пик (штат Аризона, США).Анализ линий излучения в спектрах атмосфер нестационарных звёзд и газовых туманностей даёт возможность изучать структуру и кинематику звёздных ветров, определять плотность, температуру и химический состав газовых туманностей, изучать движения в них, а также исследовать эффекты взаимодействия звёздных ветров с межзвёздной средой. Использование поляризационных приборов в спектральном анализе позволяет измерять магнитные поля Солнца и звёзд.

Методы спектроскопии дают возможность исследовать вращение галактик и путём моделирования кривых вращения определять вклад тёмной материи в общую массу галактики. Изучение спектров далёких квазаров позволило оценить содержание дейтерия в межгалактической среде и определить долю барионного вещества во Вселенной, которая, как было установлено, не превышает 5 %. Эти же исследования позволили получить важные ограничения сверху на скорость изменения физических констант во Вселенной.

Спектроскопия на крупнейших телескопах атмосфер экзопланет во время их прохождения по дискам «родительских» звёзд даёт принципиальную возможность поиска биомаркеров (линий кислорода, озона, метана, углекислого газа, воды и др.), что важно для решения проблемы внеземной жизни.

В радиодиапазоне большое значение имеют спектроскопические исследования в линии нейтрального водорода на длине волны 21 см, которые позволяют изучать распределение и движение водорода в нашей Галактике и других галактиках. Исследования кривых вращения галактик по наблюдениям в линии 21 см приводят к заключению о том, что в гало большинства галактик находится значительное количество тёмной материи. Изучение радиорекомбинационных линий и линий, соответствующих мазерному излучению компактных источников, является мощным средством исследования межзвёздной среды, областей звездообразования и ближайших окрестностей ядер галактик, где открыты сверхмассивные чёрные дыры.

Рентгеновская спектроскопия горячего газа в скоплениях галактик выявила наличие в них большого количества тёмной материи. Изучение рентгеновских спектров аккрецирующих нейтронных звёзд и чёрных дыр в двойных системах позволило осуществить диагностику горячей плазмы и выявить различия в спектральных свойствах аккрецирующих нейтронных звёзд и чёрных дыр, вызванные тем, что нейтронные звёзды обладают наблюдаемыми поверхностями, а чёрные дыры – нет.

Исследование гамма-линий ядер и непрерывного гамма-излучения позволяет изучать продукты нуклеосинтеза в недрах массивных звёзд и во время вспышек сверхновых.