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La spettroscopia astronomica è lo studio dell'astronomia che usa le tecniche della spettroscopia per misurare lo spettro della radiazione elettromagnetica, incluse la luce visibile e le onde radio irradiate dalle stelle e da altri corpi celesti caldi. La spettroscopia può essere utilizzata per derivare le proprietà delle galassie e delle stelle distanti, come ad esempio la composizione chimica, la temperatura, la densità, la massa, la distanza, la luminosità e, usando le misure dell'effetto Doppler, il loro moto relativo. La spettroscopia astronomica è utilizzata principalmente per misurare tre bande di radiazione: lo spettro visibile che comprende l'infrarosso, le onde radio e i raggi X che comprendono l'ultravioletto. Mentre la spettroscopia si occupa di aree specifiche dello spettro, sono richiesti metodi differenti per acquisire il segnale in base alla sua frequenza. L'Ozono (O3) e l'ossigeno molecolare (O2), ad esempio, assorbono la luce con una lunghezza d'onda inferiore a 300 nm. Per questo motivo non è possibile studiare tali molecole facendo spettroscopia dalla Terra poiché il segnale dovuto all'atmosfera maschererebbe qualsiasi segnale extraterrestre. Da qui nasce la necessità di telescopi satellitari o di rivelatori montati su razzi. I segnali radio hanno una lunghezza d'onda maggiore dei segnali ottici e la loro rilevazione avviene con antenne. La radiazione infrarossa, specialmente quella proveniente dal cosiddetto lontano infrarosso, viene assorbita dall'acqua atmosferica e dall'anidride carbonica. Perciò questa branca della spettroscopia, che ha dato importanti informazioni in astrofisica, ha bisogno di palloni sonda ad alta quota (stratosfera) o satelliti per potere ottenere informazioni utili. Gli strumenti sono simili a quelli usati per la spettroscopia ottica, ma comportano tutte le problematiche connesse all'uso di palloni sonda o satelliti.