На самом деле состав можно определить при помощи спектрального анализа. Как конкретно не скажу, поищи сам. Но я в детстве прочитал охуенных размеров книгу "Очерки о Вселенной" издания 1952г. Так вот там куча фоток, методик, практических примеров спектрального анализа всякой астрономической всячины.
Даже скорость можно определять при определенных условиях. Набери в поиске "красное смещение". Эфффект Допплера знаешь? Помнишь в космических киношках при переходе в гиперпространство звезды вытягивались и цвет меняли на зеленый?