谱线

谱线是在均匀且连续的光谱上明亮或黑暗的线条，起因于光子在一个狭窄的频率范围内比附近的其他频率超过或缺乏。谱线通常是量子系统（通常是原子，但有时会是分子或原子核）和单一光子相互作用产生的。当光子的能量确实与系统内能级上的一个变化符合时（在原子的情况，通常是电子改变轨道），光子被吸收。然后，它将再自发地发射，可能是与原来相同的频率或是阶段式的，但光子发射的总能量将会与当初吸收的能量相同，而新光子的方向不会与原来的光子方向有任何关联。根据气体、光源和观测者三者的几何关系，看见的光谱将会是吸收谱线或发射谱线。如果气体位于光源和观测者之间，在这个频率上光的强度将会减弱，而再发射出来的光子绝大多数会与原来光子的方向不同，因此观测者看见的将是吸收谱线。如果观测者看着气体，但是不在光源的方向上，这时观测者将只会在狭窄的频率上看见再发射出来的光子，因此看见的是发射谱线。吸收谱线和发射谱线与原子有特定的关系，因此可以很容易的分辨出光线穿越过介质（通常都是气体）的化学成分。有一些元素，像是氦、铊、铈等等，都是透过谱线发现的。光谱线也取决于气体的物理状态，因此它们被广泛的用在恒星和其他天体的化学成分和物理状态的辨识，而且不可能使用其他的方法完成这种工作。同核异能位移是由于吸收光子的原子核与发射的原子核有不同的电子密度。除了原子-光子的相互作用外，其他的机制也可以产生谱线。根据确实的物理相互作用（分子、单独的粒子等等）所产生的光子在频率上有广泛的分布，并且可以跨越从无线电波到伽马射线，所有能观测的电磁波频谱。每条光谱线都倾向延伸在一段频率范围内，而不是单一的频率（即它有一个非零的带宽），另外他的中心也许也从中心波长转移至有名无实的波长中心。有一些原因可以导致频率致宽和位移，这些原因可以区分为两种主要的致宽类型－由于本身的情况和由于外在的情况。属于本身情况致宽的，可以归结于散发元素所在的区域内，通常小到足以确保局部热力平衡。外在情况的致宽，来自于光子穿越到达观测者的路径上所造成的光谱辐射分布变化的结果。它可能是彼此相距很远的距离，和某些数量的辐射，综合在一起造成的结果。有些致宽的条件不在本身，而是在太空中广大的区域内，并不是单纯的发射辐射微粒所在地的条件。这些机制中的任何一种都可能单独或相互结合呈现。假设每个作用相对于其他都是独立的，组合的谱线外观将是每个机制的线性结合，例如，热多普勒效应致宽和碰撞压力致宽将产生佛克特线廓。