宇宙是神秘的。它比任何人想象的都要神秘。它也是时间、空间和物质的总和。主流科学认为，宇宙的诞生始于一场“翻天覆地”的大爆炸。至于大爆炸发生的原因和原因，科学家们还不清楚。以下天文谜题无疑将成为热点中的热点。其中一些可能在将来某一天被解决，而另一些可能永远是个谜。
上世纪六七十年代，天文学家发现星系中心恒星的速度与星系外恒星的速度几乎相同。这一发现似乎与物理学的基本定律相矛盾。天文学家用暗物质来解释这种现象。虽然不可见，但暗物质也有质量，研究人员根据暗物质对正常物质的引力效应推断暗物质的存在。据信，宇宙中暗物质的比例约为23%，宇宙中只有4%由正常物质组成，包括恒星和行星。这是一张用哈勃太空望远镜拍摄的暗物质三维地图。
20世纪20年代，天文学家埃德温·哈勃发现宇宙不是静止的，而是膨胀的。1998年，哈勃太空望远镜研究了遥远的超新星，发现宇宙在很久以前膨胀的速度比现在慢。科学家们长期以来认为，物质的引力会逐渐减缓宇宙的膨胀，甚至导致宇宙的收缩。为了解释宇宙的加速膨胀，科学家们提出了暗能量理论，并认为正是这种能量导致了宇宙的加速膨胀。科学家推测暗能量占宇宙的近73%。对星系团abell1689的一项新研究可能揭示暗能量是如何影响宇宙的。
当一颗大质量恒星耗尽燃料而死亡时，它将爆炸并形成一颗超新星。超新星爆发的亮度可以在短时间内超过整个星系的亮度。近年来超级计算机的发展使天文学家能够模拟恒星的内部条件，进一步了解恒星爆炸的机理。不过，许多细节仍不得而知，比如爆炸是如何发生的，与哪些内部因素有关。
暗能量和暗物质占了宇宙的近96%，而正常物质占了其余的部分。在正常情况下，它们中的一半以上消失了，它们去了哪里就成了一个谜。所谓重子物质由质子和电子等离子体组成，它们占宇宙中可见物质的很大比例。在计算从早期宇宙到现在的重子数量时，天文学家发现重子的数量神秘地减少了。天体物理学家推测，缺失的重子物质可能存在于星系之间，被称为“暖星系间介质”（whim）。寻找失踪的重子仍然是天文学家首先需要解决的谜团之一，因为观察它们可以帮助科学家了解宇宙和星系的结构是如何随时间变化的。
宇宙射线的来源一直困扰着天文学家，他们花了一个世纪的时间研究这些高能粒子的来源。宇宙射线是带电的亚原子粒子——主要是质子、电子和基本元素的带电核——从深空进入我们的太阳系。由于太阳和地球磁场的影响，宇宙射线的运动路径将发生弯曲。最强的宇宙射线能量极大。然而，这些奇怪粒子的起源仍然是个谜。美国科学家最近的研究结果对超高能宇宙射线的一个重要理论提出了挑战，即它们来自伽马射线爆发。
太阳的超热外层大气被称为“日冕”，其温度在50万至600万摄氏度之间。科学家们一直无法理解太阳是如何加热日冕的。人们普遍认为日冕的热量与太阳表面以下的能量有关，但科学家们正在热烈讨论磁场如何传递能量。能量在到达日冕后是如何积聚的是一个更令人费解的谜。这张照片是美国宇航局太阳动力学观测卫星2018年9月拍摄的。1283年的太阳黑子所在地喷出了一股等离子体羽流。太阳黑子产生了四次太阳耀斑和三次日冕物质抛射。
我们的太阳系有许多独特的特征。这四颗最里面的行星都有岩石外壳和金属核心，而这四颗外层行星则截然不同，各具特色。根据计算机模拟结果，在太阳系形成过程中，相互碰撞的恒星很容易形成三五颗类地行星，而不是四颗。寻找系外行星并研究其形成过程可以帮助科学家揭开太阳系形成的奥秘。
大爆炸是一种被广泛接受的宇宙起源和演化理论。根据这个理论，宇宙诞生于137亿年前。大爆炸之后，宇宙中瞬间充满了热电子、氢离子和氦离子。直到大约40万年后，宇宙冷却到足以让电子和离子重新结合形成原子。130亿年前宇宙的早期阶段被称为“再电离”期。因为第一批恒星的辐射开始使原子的电子电离，早期宇宙的氢雾被清除，宇宙中的大部分物质变成了可以传输光的电离等离子体，这种等离子体一直存在到现在。这张艺术概念图展示了宇宙大爆炸后不到10亿年出现的星系，当时宇宙仍有部分充满了氢。
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