天体分光学
太陽系外惑星からの反射光を、すぐそばに位置する主星からの光と分離して観測することで、特に岩石惑星の場合表面鉱物の吸収スペクトルなどが観測可能とされている。また、惑星が通過している最中の主星の光には、惑星大気の吸収スペクトルが含まれている。
現在多くの系外惑星が発見されており、その中にはホットジュピターと呼ばれるガス惑星や地球型惑星も多く含まれている。分光観測によってこうした惑星から、アルカリ金属や一酸化炭素、二酸化炭素、さらに水蒸気やメタンなどといった物質の存在が確認されている。
銀河のスペクトルは、何十億個もの恒星のスペクトルが組み合わさった結果なので、恒星に似たスペクトルを示す。
1937年にフリッツ・ツビッキーが行った銀河団のドップラーシフトの研究では、可視光から予想される銀河団の質量から推定される速度よりもずっと高速で銀河団が移動していることが分かった。ツビッキーは、銀河団の中には光を放っていない物質が大量に存在していると仮説を立て、それが暗黒物質として今日まで知られている。
ツビッキーの発見以降、天文学者は銀河の大部分・さらには宇宙の大部分が暗黒物質に占められていることを見出した。しかし、2003年にはM105、NGC 821、NGC 4494、NGC 4697の4銀河を構成する恒星の動きに暗黒物質による影響がほとんど無いことが分かり、この原因もまた不明である。
1950年代に、強い電波を放つ電波源がとても暗く赤い天体に同定された。これらの天体のうちの1つを分光観測した結果、予想される位置と異なる位置に吸収線が見られた。