1.太阳系为何如此怪异？
我们所在的太阳系拥有一系列特征：处在最内侧的四颗行星均拥有多岩外壳和金属核心，外侧的四颗行星却彼此相差甚多，每一颗都拥有独有的特征。科学家一直对行星形成过程进行研究，希望了解太阳系如何形成。
2.暗能量是什么？
20世纪20年代，天文学家爱德文·哈勃发现宇宙并非静止不动，而是不断膨胀的。1998年，哈勃太空望远镜对遥远超新星进行研究，发现宇宙在很久以前的膨胀速度低于现在。这一具有突破性的发现让科学家陷入困惑之中，他们长久以来一直认为物质的引力逐渐减缓宇宙的膨胀速度，甚至能够导致宇宙收缩。
对宇宙加速膨胀进行解释促使科学家提出暗能量理论，正是这种能量导致宇宙加速膨胀。科学家认为暗能量在宇宙中的比重达到近73%，并且难以捉摸，科学家一直未能直接观测到它的存在。科学作家阿德里安·乔表示：“暗能量可能永远不会暴露其本来面目。不过，科学家仍比较乐观，认为通过研究能够揭示暗能量的起源。”
3.暗物质是什么？
20世纪六七十年代，天文学家假设宇宙的质量可能超过可观测的质量。华盛顿卡内基研究所的天文学家沃拉·鲁宾对星系内不同位置的恒星速度进行了研究。发现处于星系中央的恒星速度几乎与外侧恒星的速度没有任何差异。这一发现似乎有悖于基本的牛顿物理学定律。按照牛顿的物理学定律，星系外侧的恒星速度应该更慢。天文学家用一种看不见的质量解释这一现象，也就是暗物质。
虽然看不到，暗物质也拥有质量，研究人员根据其对正常物质产生的引力推断暗物质的存在。据信，暗物质在宇宙中的比重为23%左右，只有4%的宇宙区域由正常物质构成，包括恒星、行星和人类在内。阿德里安表示：“科学家仍不知道暗物质是什么。几年内，物理学家有可能探测到暗物质粒子。”不过，即使有望在不久后发现暗物质粒子，天文学家也无法在短期内确定这种神秘物质的特性。
4.消失的重子哪去了？
暗能量和暗物质构成了大约95%的宇宙，正常物质仅构成余下的5%。然而在正常物质中，也有超过一半消失踪影，它们的去处成为不解之谜。所谓的重子物质构成了质子和电子等粒子，这两种粒子在宇宙可见物质中占相当大比重。值得注意的是，因为重子属于复合粒子，所以不是基本粒子。最常见的重子有组成日常物质原子核的质子和中子，合称为核子。
杂志特约撰稿人尤希吉特·巴塔查尔吉表示：“在对从早期宇宙到现在的重子数量进行计算时，天文学家发现重子数量神秘减少，好像重子在宇宙演变史上稳定消失一般。”据天体物理学家推测，消失的重子物质可能存在于星系之间，被称为“温热星系际介质”。寻找消失的重子仍旧是天文学家首先要揭开的谜团之一，因为对它们进行观测有助于科学家了解宇宙和星系的结构如何随时间推移发生变化。
5.恒星如何发生爆炸？
当大质量恒星耗尽燃料并走向死亡时便会发生大爆炸，也就是形成超新星。超新星爆炸的亮度可在短时间内超过整个星系。科学家对超新星进行了多年研究并用电脑模型模拟，然而这种爆炸如何发生仍困扰着天文学家。
巴塔查尔吉表示：“最近几年在超级计算机领域取得的进步允许天文学家对恒星的内部状况进行模拟，以便进一步了解恒星爆炸的机制。不过，很多细节仍是一个未知数，例如爆炸如何发生，又与哪些内部因素有关。”
6.宇宙射线来自何处？
宇宙射线的来源一直困扰着天文学家，他们用了一个世纪时间研究这些高能粒子的来源。宇宙射线是带电亚原子粒子，主要包括质子、电子以及基本元素的带电核。在从银河系其他地区进入太阳系后，宇宙射线的移动路线会因太阳和地球磁场的影响发生弯曲。
不过，这些奇异粒子的来源仍旧是一个不解之谜。杂志的丹尼尔·克莱里表示：“在对宇宙射线进行了长达一个世纪的研究之后，来自宇宙的绝大多数能量仍非常神秘莫测，科学家仍需进行多年的研究，才有可能揭开它们的神秘面纱。”
7.宇宙如何再离子化？
大爆炸理论是被普遍接受的宇宙起源和演化理论。根据这一理论，宇宙诞生于大约137亿年前，最初是一个温度和密度极高的点。130亿年前的早期宇宙阶段被称为“再离子化时代”，在这一时期，早期宇宙的氢气雾被清空，第一次对紫外线呈透明状态。科学作家埃德温·卡特里德奇表示：“在大爆炸后大约40万年，质子和电子平静下来，相互吸引，最后进入中性氢原子。
突然间，此前散射电子的质子在宇宙中自由穿行。”几亿年后，电子被原子剥离。卡特里德奇说：“宇宙的膨胀让质子和电子处于分散状态，新的能量源让它们再次结合在一起。‘粒子汤’同样被冲淡，绝大多数质子能够在不受到阻碍的情况下移动。因此，宇宙内的绝大多数物质变成可以传输光线的离子化等离子体，一直存在至今。”
8.日冕为何拥有惊人温度？
太阳的超热外层大气层被称为日冕，温度在50万℃-600万℃之间。克尔表示：“研究太阳的物理学家一直无法理解太阳如何为日冕补充热量。在发生日全食时，黑暗的太阳外围是银白色的光芒，像帽子一样扣在太阳上，这个帽子就是日冕。”天文学家认为，日冕的热量与可见日表下方的能量有关，能量在太阳磁场内处理。不过，加热日冕的详细机制仍旧是一个未知数。克尔说：“对于磁场如何输送能量，科学家正在进行激烈讨论，能量在抵达日冕后如何积聚更是一个更让人感到困惑的谜团。”
