据美国宇航局太空网报道，人类探索太空决不仅仅是为了移民太空，也是为了更好的理解我们人类自己，因为直到今天，无论从宇宙的起源还是人类的起源，仍有许多未解之谜。太空也有许多奇怪的现象，而以下十种现象尤为科学家所关注。
反物质
正如超人也有另一面——比扎罗(Bizzaro)一样，组成普通物质的粒子也有另一面。例如一个带负电荷的电子其对应的反物质是一个带正电荷的正电子。物质和反物质碰到一起的时候会湮没，他们的质量会遵循爱因斯坦的定律E=mc2转换为纯粹的能量。一些未来的太空船设计将使用反物质引擎。
真空能量
量子物理告诉我们，虽然从表面看来，空旷的太空象一个什么也没有的泡泡，其实恰恰相反，真空中充满亚原子粒子，这些粒子经常被生成然后又泯灭掉。根据相对论，转瞬即逝粒子在每立方厘米的空间中都贡献着特定的能量，产生反引力把空间推开。但是，没有人知道是什么真正引起了宇宙的加速膨胀。
微型黑洞
如果关于引力的激进的新理论——膜内宇宙正确的话，那我们的太阳系中就分布着上千个微型黑洞，每一个黑洞的大小和原子核相仿。和那些大型的黑洞不同，这些微型黑洞是宇宙大爆炸时留下的，因为与第五维的密切关系不同程度的影响着时空。
宇宙微波背景
也叫CMB，这种放射物是大爆炸的产物， 20世纪60年代最初发现的这种放射物，好像是太空每个地方发出的无线噪音。宇宙微波背景被认为是大爆炸存在的最佳证据。通过微波各向异性探测器的最新精确测量结果显示，宇宙微波背景辐射的温度是-270摄氏度。
暗物质
科学家认为暗物质占据宇宙的大部分空间，但是它既看不到，也无法利用当前的技术直接发现它。暗物质成分的候选范围从轻质中微子到看不见的黑洞，可谓五花八门。一些科学家怀疑暗物质是否真实存在，并提出这个很多科学家都想解开的谜团或许可以用引力得到更好的解释。
系外行星
在20世纪90年代初以前，我们唯一知道的宇宙中的行星就是我们太阳系中所熟悉的行星。从那之后，天文学家已经识别出190多颗太阳系外行星(到 2006年6月为止)。这些太阳系外行星可谓形形色色，五花八门，范围从庞大的气体世界(它的质量因为太小而不能形成恒星)，到体积较小、围绕红矮星运行的石质行星。然而，到目前为止，寻找第二颗地球的努力仍然一无所获。天文学家普遍认为，通过更先进的技术可能最终会发现几个与我们的地球一样的行星。
重力波
根据爱因斯坦广义相对论，重力波是时空结构中发生扭曲引起的。重力波以光的速度运行，但是它们非常微弱，只有在宇宙中发生重大事件，如黑洞相撞时产生的重力波才有可能被科学家观察到。激光干预重力波观测台(LIGO)和激光干预仪太空天线(LISA)是两个用来发现重力波的探测器。
星系相食
与地球上的生命一样，星系也能相互“吞食”，并随着时间不断进化。目前，银河系的邻居——仙女座正在蚕食它其中的一颗“卫星”。
中微子
中微子是不带电的，实际上是无质量的基本粒子，可以顺利通过数英里长的导线，有些会在你研究它的时候通过你的身体。这些“幽灵”粒子在燃烧的、正常的恒星火焰内部和即将消亡的恒星的超新星爆炸中产生。一些探测器被置于地下、海底或一大块冰中，这是一项中微子探测工程——冰立方(IceCube)的一部分内容。
类星体
这些明亮的烟火从可见宇宙的边缘对着我们闪耀，对科学家来说是宇宙混乱无序的幼儿期的提示物。类星体释放比数百个星系加起来还要多的能量。普遍的看法是，它们是遥远星系中心怪异的黑洞。1979年，人类拍到了类星体3C 273的照片。
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