A pesquisa astronômica moderna acumulou uma riqueza surpreendente de conhecimento sobre o universo, apesar das limitações extremas de observação e coleta de dados. Os astrônomos relatam rotineiramente informações detalhadas sobre objetos que estão a trilhões de quilômetros de distância. Uma das técnicas essenciais de investigação astronômica envolve medir a radiação eletromagnética e realizar cálculos detalhados para determinar a temperatura de objetos distantes.
A cor da luz irradiada por uma estrela revela sua temperatura, e a temperatura de uma estrela determina a temperatura de objetos próximos, como planetas. A luz é produzida quando partículas atômicas carregadas vibram e liberam energia como partículas de luz, conhecidas como fótons. Como a temperatura corresponde à energia interna de um objeto, objetos mais quentes emitem fótons de energia mais alta. A energia dos fótons determina o comprimento de onda, ou cor, da luz; assim, a cor da luz emitida por um objeto é uma indicação de temperatura. Este fenômeno não é observável, no entanto, até que um objeto fique extremamente quente - cerca de 3.000 graus Celsius (5.432 graus Fahrenheit) - porque temperaturas mais baixas irradiam no espectro infravermelho ao invés do visível espectro.
O conceito de corpo negro é essencial para medir a temperatura de objetos astronômicos. Um corpo negro é um objeto teórico que absorve perfeitamente a energia de todos os comprimentos de onda da luz. Além disso, a emissão de luz de um corpo negro não é influenciada pela composição do objeto. Isso significa que um corpo negro irradia luz de acordo com um certo espectro de cores que depende exclusivamente da temperatura do objeto. As estrelas não são corpos negros ideais, mas estão perto o suficiente para permitir uma aproximação precisa da temperatura com base nos comprimentos de onda de emissão.
Uma simples observação visual não revela a temperatura de uma estrela porque a temperatura determina o comprimento de onda de emissão de pico, não o único comprimento de onda de emissão. As estrelas geralmente aparecem esbranquiçadas porque seus espectros de emissão cobrem uma ampla faixa de comprimentos de onda, e o olho humano interpreta uma mistura de todas as cores como luz branca. Consequentemente, os astrônomos usam filtros ópticos que isolam certas cores, então eles comparam as intensidades dessas cores isoladas para determinar o pico aproximado do espectro de emissão de uma estrela.
As temperaturas planetárias são mais difíceis de determinar porque a absorção e a emissão características de um planeta podem não ser adequadamente semelhantes às características de absorção e emissão de um negro. A atmosfera e os materiais da superfície de um planeta podem refletir quantidades significativas de luz, e parte da energia luminosa absorvida é retida pelo efeito estufa. Consequentemente, os astrônomos estimam a temperatura de um planeta distante por meio de cálculos complexos que levam em conta variáveis como a temperatura do estrela mais próxima, a distância do planeta da estrela, a porcentagem de luz que é refletida, a composição da atmosfera e a rotação do planeta características.