สเปกโตรสโคปี (Spectroscopy) คือวิธีการศึกษาดาวฤกษ์ของนักดาราศาสตร์ โดยใช้การดูสเปกตรัมที่เกิดขึ้น จากเครื่องสเปกโตรสโคป ร่วมกับกล้องโทรทรรศน์ ให้รวมแสงจากดาวผ่านเข้าปริซึมหรือเกรตติ้งในสเปกโตรสโคป ทำให้เกิดสเปกตรัมที่มีความยาวคลื่นต่าง ๆ เมื่อได้แล้วก็บันทึกภาพลงด้วยอุปกรณ์บันทึกภาพ CCD

สเปกตรัมสามารถบอกคุณสมบัติของดาวฤกษ์ได้ 3 ประการได้แก่ อุณหภูมิพื้นผิว องค์ประกอบทางเคมีของบรรยากาศ และทิศทางการเคลื่อนที่ของดาวซึ่งสัมพัทธ์กับโลก

อุณหภูมิพื้นผิวของดาวฤกษ์

การศึกษาสเปกตรัมที่ได้จากแสงของดางฤกษ์เพื่อนหาอุณหภูมิพื้นผิวของมันนั้น นักดาราศาสตร์ได้วิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นที่เข้มที่สุด (λmax) กับอุณหภูมิพื้นผิว (T) ของดาวจากสเปกตรัมที่ดาวแผ่รังสีออกมา ตามกฎการแผ่รังสีที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิ และการแผ่รังสี ว่า "ความยาวคลื่นของรังสีเข้มสุดที่ดาวแผ่ออกมานั้นจะผันแปรกับอุณหภูมิพื้นผิวของดาว" ซึ่งรังสีเข้มสุดที่ดาวฤกษ์แผ่ออกมานั้นเป็นความยาวคลื่นซึ่งเป็นรังสีอัลตร้าไวโอเล็ตที่มีความยาวคลื่นเข้มสุด (จากฝั่งซ้าย) สั้นเพียง 250 nm (nm คือ นาโนเมตร หรือ 10-9 เมตร) และมีอุณหภูมิพื้นผิว 12,000 K ในขณะที่ช่วงแถบสเปกตรัมที่เป็นแสงที่คนสามารถมองเห็นได้ (สเปกตรัม) ความยาวคลื่นเข้มสุด 500 nm อุณหภูมิพื้นผิว 6,000 K และสุดท้ายเป็นความยาวคลื่นที่มีการแผ่รังสีเข้มสุดเป็นรังสีอินฟราเรด 1,000 nm มีอุณหภูมิพื้นผิว 3,000 K

จากที่กล่าวมาเมื่อเรียงลำดับจากความยาวคลื่นของการแผ่รังสีของดาวฤกษ์แล้ว รังสีอัลตร้าไวโอเล็ตมีความยาวคลื่นสั้นที่สุดแต่มีอุณหภูมิพื้นผิวสูงที่สุด ในขณะที่ช่วงความยาวคลื่นที่ป็นแสงที่คนมองเห็นได้อย่างสปกตรัมนั้น ความยาวคลื่นจะยาวกว่าแต่มีอุณหภูมิพื้นผิวต่ำกว่า ไปในทิศทางเดียวกับรังสีอินฟราเรดที่ความยาวคลื่นยาวมากที่สุดและมีอุณหภูมิพื้นผิวน้อยที่สุดเช่นกัน

องค์ประกอบทางเคมีของดาวฤกษ์

นักดาราศาสตร์ศึกษาองค์ประกอบดาวฤกษ์จากสเปกตรัมโดยแบ่งสเปกตรัมของดาวฤกษ์ออกเป็น7 ประเภท ได้แก่ ดาวประเภท O, B, A, F, G, K, M มีวิธีการท่องจำง่ายเป็นประโยคภาษาอังกฤษมีความหมายว่าเป็นเด็กดีแล้วจูบฉัน Oh Be A Fine Girl Kiss Me ตามลำดับ

สเปกตรัมดาวฤกษ์ O เป็นดาวฤกษ์ที่มีอุณหภูมิพื้นผิวสูงถึง 35,000 K ในขณะที่ดาวสเปกตรัม G มีอุณหภูมิพื้นผิวปานกลางที่ 5,800 ซึ่งเป็นประเภทของดวงอาทิตย์นั่นเอง ส่วนสเปกตรัมดาวฤกษ์ M มีอุณหภูมิพื้นผิวต่ำอยู่ที่ 3,500 K ซึ่งจะเห็นได้ว่าสเปกตรัมของดาวฤกษ์ทุกประเภทจะมีเส้นดูดกลืนสีดำที่แสดงถึงการมีก๊าซหรือเป็นบรรยากาศที่ห่อหุ้มอยู่รอบ ๆ ดาวแต่ละประเภทแตกต่างกัน ทั้งตำแหน่งเส้นดูดกลืนและจำนวนที่แตกต่างกันนี้จะสามารถบ่งบอกองค์ประกอบของสารหรือก๊าซที่มีอยู่รอบ ๆ บรรยากาศและที่มีอยู่ในดาวฤกษ์แต่ละประเภท

สเปกตรัมดาวฤกษ์ O นั้นถูกธาตุอะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียมในบรรยากาศบริเวณรอบข้าง รวมทั้งภายในดาวฤกษ์เองดูดกลืนสเปกตรัมจนเกิดเส้นดูดกลืน ส่วนเส้นดูดกลืนของสเปกตรัมดาวฤกษ์ K M G F จะมีเส้นดูดกลืนสเปกตรัมคล้าย ๆ กัน เนื่องจากถูกธาตุชนิดเดียวกันดูด ซึ่งในสเปกตรัมของดาวฤกษ์ 4 ดวงนี้ มีจำนวนเส้นดูดกลืนมากและมีตำแหน่งใกล้เคียงกัน ซึ่งถูกธาตุหนักหลากหลายชนิดจากทั้งในชั้นบรรยากาศรอบ ๆ และภายในตัวมันเองดูดกลืนในรูปแบบเดียวกันหมดังในกรณีข้อ 3 ข้างต้นนอกจากนี้ยังมีเส้นดูดกลืนของโมเลกุลจำนวนมากในสเปกตรัมดาวฤกษ์ 4 ดวงนี้ เนื่องจากอุณหภูมิพื้นผิวต่ำมาก นั่นเป็นสิ่งที่ทำให้อะตอมต่าง ๆ ในบรรยากาศจับกลุ่มรวมกันได้จนเกิดเป็นโมเลกุล เช่น ธาตุไททาเนียม (Ti) กับธาตุออกซิเจน (O) รวมเป็นโมเลกุลเดียวกันได้เป็นไททาเนียมออกไซด์ (TiO) เป็นต้น

ทิศทางการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์การเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ที่สัมพัทธ์กับโลกใช้วิธีการศึกษาทิศทางจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ได้ สเปกตรัม 3 แบบ ดังภาพได้แก่

1. การเลื่อนทางน้ำเงิน (Blueshift) เส้นดูดกลืนมีการเคลื่อนที่ไปทางแถบสีม่วงมากกว่าถ้าให้สเปกตรัมสภาวะปกติเป็นที่ตั้ง เกิดขึ้นเมื่อดาวเคลื่อนที่เข้าหาโลก

2. สเปกตรัมของดาวฤกษ์ในสภาวะปกติที่เส้นดูดกลืนแสดงอยู่เป็นกลาง เกิดจากเกิดเส้นอิเล็กตรอนมีพลังงานสูงในวงโคจรของอะตอมธาตุไฮโดรเจน ดูดกลืนที่ความยาวคลื่น 410 nm, 434 nm, 486nm, 656 nm ตามลำดับเรียกว่า บาลเมอร์ซีรีส์

3. การเลื่อนทางแดง (Redshift) เส้นดูดกลืนรังสีไปทางแถบสีแดง เกิดขึ้นเมื่อดาวเคลื่อนที่ออกห่างจากโลก