Οι φασματικές γραμμές είναι κενά στη κανονικά συνεχή κατανομή της συχνότητας στο φως. Προκύπτουν όταν το εκπεμπόμενο φως απορροφάται μερικώς από την ύλη, συνήθως ένα αέριο. Ένας τύπος φασματικής γραμμής είναι μια γραμμή απορρόφησης, η οποία προκαλείται όταν ορισμένες συχνότητες φωτός απορροφώνται από την εκπεμπόμενη ακτινοβολία. Μια γραμμή εκπομπής, από την άλλη πλευρά, μπορεί να φανεί στο φως που απορροφήθηκε και στη συνέχεια εκπέμπεται ξανά. Αυτές οι γραμμές μπορούν να δώσουν στους αστρονόμους ενδείξεις σχετικά με τη σύνθεση και την ταχύτητα των αστρονομικών αντικειμένων.
Ο πρώτος από τους δύο τύπους φασματικών γραμμών είναι οι γραμμές απορρόφησης. Οι γραμμές απορρόφησης εμφανίζονται όταν το φως εκπέμπεται από ένα αντικείμενο, όπως ένα αστέρι, και στη συνέχεια περνά μέσα από ένα αέριο πριν φτάσει σε έναν παρατηρητή. Σε αυτή την περίπτωση, το φως από ένα καυτό αστέρι θα εκπέμπεται έντονα σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων. με άλλα λόγια, θα έχει ένα συνεχές φάσμα ακτινοβολίας. Ωστόσο, εάν διέρχεται από ψυχρό αέριο, φως με ορισμένες συχνότητες μπορεί να απορροφηθεί από το αέριο. Όταν ένας παρατηρητής αναλύει το φως, το οποίο αρχικά προήλθε από το αστέρι, θα δείξει γραμμές απορρόφησης—αισθητά κενά σε ορισμένες συχνότητες ακτινοβολίας.
Το δεύτερο είδος φασματικής γραμμής είναι μια γραμμή εκπομπής. Το αστρικό φως δεν μπορεί να απορροφηθεί συνεχώς από ένα αέριο επειδή το φως περιέχει ενέργεια. Αντίθετα, απορροφάται από το αέριο και στη συνέχεια εκπέμπεται εκ νέου σε μεταγενέστερο χρόνο. Όταν εκπέμπεται ξανά, το φως περιέχει μόνο τις συχνότητες που απορροφήθηκαν από το αέριο. Επομένως, οι συχνότητες των γραμμών εκπομπής θα πρέπει να ταιριάζουν με τις συχνότητες των αντίστοιχων γραμμών απορρόφησης. Αυτό στην πραγματικότητα έχει επαληθευτεί από αστρονόμους που παρατηρούν το φως που εκπέμπεται ξανά. οι δύο τύποι γραμμών είναι ουσιαστικά αντίστροφοι ο ένας του άλλου.
Οι φασματικές γραμμές υπάρχουν επειδή το φως που εκπέμπεται από στοιχεία και χημικές ουσίες έχει ένα συνεχές φάσμα συχνοτήτων. Αντί να είναι μια ομοιογενής οντότητα, το ορατό φως είναι στην πραγματικότητα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εντός ενός συγκεκριμένου εύρους συχνοτήτων. Η ακτινοβολία που είναι αόρατη με γυμνό μάτι έχει επίσης συνεχή κατανομή συχνότητας, αν και συγκεντρώνεται εκτός του ορατού εύρους. Ένα επιστημονικό όργανο γνωστό ως φασματόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση των συχνοτήτων της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.
Η μελέτη αυτών των γραμμών μπορεί να δώσει στους αστρονόμους δύο σημαντικές πληροφορίες. Πρώτα απ ‘όλα, γνωρίζοντας ποια αέρια παράγουν ποιες γραμμές απορρόφησης, οι φασματικές γραμμές μπορούν να βοηθήσουν στον προσδιορισμό της σύνθεσης των πλανητικών ατμοσφαιρών. Οι αστρονόμοι έχουν χρησιμοποιήσει αυτή την τεχνική για να χαρακτηρίσουν τις ατμόσφαιρες των πλανητών εκτός του ηλιακού συστήματος. Δεύτερον, τα αναγνωρίσιμα μοτίβα φασματικών γραμμών μπορούν να υποδείξουν την ταχύτητα των αστρονομικών αντικειμένων – η ταχύτητα ενός αντικειμένου μετατοπίζει τη συχνότητα της ακτινοβολίας του, συμπεριλαμβανομένων των φασματικών γραμμών.