Une raie sombre ou brillante dans un spectre par ailleurs uniforme et continu, résultant de l'émission ou de l'absorption de la lumière.Une raie spectrale est une caractéristique sombre ou brillante dans un spectre par ailleurs continu, produite lorsque des atomes ou des molécules absorbent ou émettent de la lumière à des longueurs d'onde spécifiques. Chaque élément et chaque molécule possède un ensemble unique de raies spectrales, comme une empreinte digitale, révélant sa présence et ses propriétés dans des objets lointains. Les raies spectrales sont l'outil principal que les astronomes utilisent pour déterminer la composition, la température, la densité et le mouvement des corps célestes.
Le lien entre les raies spectrales et les éléments a été établi dans les années 1850 par Gustav Kirchhoff et Robert Bunsen, qui ont montré que chaque élément produit un motif de raies unique. Cela a jeté les bases de l'astrophysique.
Lorsque la lumière traverse un gaz, les atomes absorbent des photons à des énergies correspondant aux transitions électroniques, créant des raies d'absorption sombres. Inversement, des atomes excités émettent des photons à ces mêmes énergies, produisant des raies d'émission brillantes. Les longueurs d'onde exactes sont déterminées par la mécanique quantique — les niveaux d'énergie discrets des électrons dans les atomes. En dispersant la lumière en un spectre à l'aide d'un spectrographe, les scientifiques peuvent identifier ces raies et mesurer les décalages (effet Doppler) pour en déduire les vitesses.
Les raies spectrales sont utilisées en astronomie pour mesurer le décalage vers le rouge des galaxies, en chimie pour identifier des substances, et en médecine pour des diagnostics non invasifs comme l'oxymétrie de pouls.
L'élément hélium a été découvert en 1868 comme une raie spectrale jaune brillante dans le spectre du Soleil avant d'être trouvé sur Terre.
