據美國宇航局太空網報導，人類探索太空決不僅僅是為了移民太空，也是為了更好的理解我們人類自己，因為直到今天，無論從宇宙的起源還是人類的起源，仍有許多未解之謎。太空也有許多奇怪的現象，而以下十種現象尤為科學家所關注。
反物質
正如超人也有另一面——比扎羅(Bizzaro)一樣，組成普通物質的粒子也有另一面。例如一個帶負電荷的電子其對應的反物質是一個帶正電荷的正電子。物質和反物質碰到一起的時候會湮沒，他們的質量會遵循愛因斯坦的定律E=mc2轉換為純粹的能量。一些未來的太空船設計將使用反物質引擎。
真空能量
量子物理告訴我們，雖然從表面看來，空曠的太空像一個什麼也沒有的泡泡，其實恰恰相反，真空中充滿亞原子粒子，這些粒子經常被生成然後又泯滅掉。根據相對論，轉瞬即逝粒子在每立方厘米的空間中都貢獻著特定的能量，產生反引力把空間推開。但是，沒有人知道是什麼真正引起了宇宙的加速膨脹。
微型黑洞
如果關於引力的激進的新理論——膜內宇宙正確的話，那我們的太陽系中就分布著上千個微型黑洞，每一個黑洞的大小和原子核相彷。和那些大型的黑洞不同，這些微型黑洞是宇宙大爆炸時留下的，因為與第五維的密切關係不同程度的影響著時空。
宇宙微波背景
也叫CMB，這種放射物是大爆炸的產物， 20世紀60年代最初發現的這種放射物，好像是太空每個地方發出的無線噪音。宇宙微波背景被認為是大爆炸存在的最佳證據。通過微波各向異性探測器的最新精確測量結果顯示，宇宙微波背景輻射的溫度是-270攝氏度。
暗物質
科學家認為暗物質佔據宇宙的大部分空間，但是它既看不到，也無法利用當前的技術直接發現它。暗物質成分的候選範圍從輕質中微子到看不見的黑洞，可謂五花八門。一些科學家懷疑暗物質是否真實存在，並提出這個很多科學家都想解開的謎團或許可以用引力得到更好的解釋。
系外行星
在20世紀90年代初以前，我們唯一知道的宇宙中的行星就是我們太陽系中所熟悉的行星。從那之後，天文學家已經識別出190多顆太陽系外行星(到 2006年6月為止)。這些太陽系外行星可謂形形色色，五花八門，範圍從龐大的氣體世界(它的質量因為太小而不能形成恆星)，到體積較小、圍繞紅矮星運行的石質行星。然而，到目前為止，尋找第二顆地球的努力仍然一無所獲。天文學家普遍認為，通過更先進的技術可能最終會發現幾個與我們的地球一樣的行星。
重力波
根據愛因斯坦廣義相對論，重力波是時空結構中發生扭曲引起的。重力波以光的速度運行，但是它們非常微弱，只有在宇宙中發生重大事件，如黑洞相撞時產生的重力波才有可能被科學家觀察到。激光干預重力波觀測臺(LIGO)和激光干預儀太空天線(LISA)是兩個用來發現重力波的探測器。
星系相食
與地球上的生命一樣，星系也能相互「吞食」，並隨著時間不斷進化。目前，銀河系的鄰居——仙女座正在蠶食它其中的一顆「衛星」。
中微子
中微子是不帶電的，實際上是無質量的基本粒子，可以順利通過數英里長的導線，有些會在你研究它的時候通過你的身體。這些「幽靈」粒子在燃燒的、正常的恆星火焰內部和即將消亡的恆星的超新星爆炸中產生。一些探測器被置於地下、海底或一大塊冰中，這是一項中微子探測工程——冰立方(IceCube)的一部分內容。
類星體
這些明亮的煙火從可見宇宙的邊緣對著我們閃耀，對科學家來說是宇宙混亂無序的幼兒期的提示物。類星體釋放比數百個星系加起來還要多的能量。普遍的看法是，它們是遙遠星系中心怪異的黑洞。1979年，人類拍到了類星體3C 273的照片。
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