حوزه اخترشناسی و اخترفیزیک با سرعتی زیاد در حال پیشرفت است و ستاره‌شناسان بسیاری زندگی خود را وقف درک کیهان می‌کنند؛ با این حال سوال‌های بسیاری در خصوص کیهان وجود دارد که دانشمندان تاکنون به پاسخ آن‌ها نرسیده‌اند یا پاسخ‌هایی دقیق را برای آن‌ها نیافته‌اند. در اینجا تعدادی از بزرگ‌ترین اسرار کیهانی را بررسی می‌کنیم.
۱. بیگانگان کجا هستند؟
بشریت تاکنون هیچ نشانه فناورانه را که از یک گونه بیگانه باهوش سرچشمه گرفته باشد، شناسایی نکرده است. کهکشان راه‌شیری تقریبا ۱۳ میلیارد سال قدمت دارد و زمین با چهار میلیارد سال سن، یک سیاره جوان در کهکشان راه شیری محسوب می‌شود. تقریبا ۴۰۰ میلیارد ستاره در کهکشان راه شیری وجود دارد که حدود ۲۰ میلیارد از آن‌ها ستارگانی شبیه به خورشید هستند.
براساس برآوردها، حدود یک پنجم از این ستاره‌ها میزبان سیاره‌ای به اندازه زمین هستند که در منطقه قابل سکونت آن ستاره‌ها قرار گرفته‌اند؛ بنابراین اگر تنها ۰.۱ درصد از این سیارهها واقع در مناطق قابل سکونت حیات ایجاد می‌کردند، یک میلیون سیاره با حیات در این کهکشان وجود داشت.
از آنجا که زمین یک سیاره جوان است، بیشتر این سیارهها باید دارای تمدن‌های پیشرفته‌ای باشند که فناوری مورد نیاز برای کشف کیهان را توسعه داده‌اند؛ پس همه این بیگانگان کجا هستند؟
۲. قبل از مه‌بانگ چه اتفاقی افتاد؟
این سوالی است که بشریت قرن‌هاست به شکلی با آن دست و پنجه نرم می‌کند و امروزه دانشمندان چندین نظریه دارند.
استیون هاوکینگ (Stephen Hawking)، فیزیکدان نظری، کیهان‌شناس و نویسنده انگلیسی، توضیح می‌دهد: «قبل از مه‌بانگ هیچ چیزی وجود نداشته است. جهان هیچ مرزی ندارد و زنجیره فضا-زمان یک سطح بسته بدون پایان مانند یک جسم کروی است.»
۳. انرژی تاریک چیست؟
در دهه ۱۹۲۰ رصدهای ادوین هابل (Edwin Hubble)، ستاره‌شناس آمریکایی، نشان داد که جهان در حال انبساط است؛ برخلاف انتظار دانشمندان مبنی بر کند شدن این روند به دلیل اثرات گرانش، مطالعات در سال ۱۹۹۸ نشان داد که انبساط در واقع شتاب گرفته است. طبق محاسبات، نیروی نامرئی ایجاد کننده این شتاب یعنی انرژی تاریک (Dark energy) تقریبا ۷۰ درصد جهان را تشکیل داده است که ماهیت آن هنوز مشخص نیست.
انرژی تاریک برای تلسکوپ‌ها نامرئی است و نور مرئی یا هر شکل دیگری از تشعشعات الکترومغناطیسی را ساطع یا جذب نمی‌کند و فقط به دلیل تاثیر گرانشی آن بر حرکات خوشه‌های کهکشانی و ستارگان واحد، وجود آن اثبات می‌شود.
اگرچه مطالعه چیزی که اساسا برای چشم و تلسکوپ نامرئی است بسیار دشوار است، اما برخی از دانشمندان معتقدند انرژی تاریک از ذرات زیراتمی تشکیل شده که با ذراتی که ماده‌ای را ایجاد می‌کنند و در دنیای اطراف قابل مشاهده می‌باشد، متفاوت است.
۴. ماده تاریک چیست؟
مانند انرژی تاریک، فرضیه ماده تاریک (Dark Matter) نیز به دلیل تاثیر گرانش آن بر ستاره‌ها و کهکشان‌ها وجود دارد و تخمین زده می‌شود که ۲۵ درصد از جهان را تشکیل می‌دهد. این بدان معناست که ماده تاریک و انرژی تاریک با هم حدود ۹۵ درصد از همه چیز را تشکیل می‌دهند.
تا به امروز هیچ آزمایشی روی زمین، هیچ مدرک مشخصی برای ماده تاریک کشف نکرده است، اما در آینده رصدخانه‌های فضایی مانند تلسکوپ اقلیدس (Euclid) و تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (NGRST) می‌توانند ماده تاریک و انرژی تاریک را مشخص کنند.
اقلیدس نقشه‌ای سه بعدی از کیهان، شامل یک سوم آسمان شب و تقریبا ۲ میلیارد کهکشان را ترسیم خواهد کرد. این نقشه تا فاصله حدود ۱۰ میلیارد سال نوری از زمین امتداد خواهد یافت که درک جدیدی در مورد تکامل جهان ۱۳.۸ میلیارد ساله و نقش ماده تاریک و انرژی تاریک ارائه دهد.
۵. ماه چگونه شکل گرفت؟
تخمین زده می‌شود که ماه ۱۰۰ میلیون سال پس از شروع شکل‌گیری منظومه شمسی شکل گرفته است و چندین نظریه در مورد منشا آن وجود دارد که هیچ یک از آن‌ها اثبات نشده‌اند.
طبق یکی از این نظریه‌‌ها، میلیاردها سال پیش زمین به جسمی به اندازه مریخ به نام تیا (Theia) برخورد کرده که این برخورد می‌تواند به تشکیل ماه در عرض چند ساعت منجر شده باشد.
۶. آیا سیارک‌ها و شهاب‌سنگ‌ها منشا حیات در زمین بوده است؟
مطالعات اخیر نشان داده‌اند که احتمالا سیارک‌ها و شهاب‌سنگ‌ها مواد مورد نیاز برای شکل‌گیری حیات را از جاهای دیگر به زمین آورده باشند؛ سال گذشته، دانشمندان دو واحد از پنج واحد اطلاعاتی DNA و RNA را در نمونه‌های شهاب‌سنگ‌ها کشف کردند که نمونه‌ها نشان می‌دادند که تمام بخش‌های ژنتیکی مورد نیاز برای تشکیل DNA در آن‌ها وجود دارد، به این معنی که بلوک‌های سازنده حیات ممکن است از سوی سنگ‌های فضایی به زمین منتقل شده باشند.
همچنین ماموریت‌های جمع‌آوری نمونه سیارکی، مانند هایابوسا- ۱ (Hayabusa- 1) توسط آژانس فضایی ژاپن (JAXA) وجود آب و مواد آلی را روی سنگ‌های فضایی نشان داده است.
۷. فوران‌های رادیویی سریع چه هستند؟
فوران‌های رادیویی سریع (FRB) تابش شدید و درخشانی از نور هستند که از کیهان دور تشخیص داده می‌شوند و برای اولین بار در سال ۲۰۰۷ کشف شدند. آن‌ها از کل کهکشان‌ها درخشان‌تر هستند و می‌توانند همان مقدار انرژی را که خورشید در سه روز تولید می‌کند، یکجا تولید کنند.
اگرچه فوران‌های رادیویی سریع فوق‌العاده درخشان هستند، تشخیص آن‌ها نیز دشوار است؛ زیرا فقط چند میلی ثانیه دوام می‌آورند. طبق پیش‌بینی دانشمندان، ممکن است روزانه ۱۰ هزار فوران رادیویی سریع از آسمان زمین قابل مشاهده باشد، اما اکثر آن‌ها شناسایی نمی‌شوند.
از گزینه‌های احتمالی برای منشا فوران‌های رادیویی سریع، مگنتارها (Magnetar)، ستاره‌های نوترونی در حال فروپاشی و کهکشان‌های در حال برخورد هستند. در موارد نادر، برخی از این فوران‌ها سیگنال‌های تکراری ارسال می‌کنند که توجه موسسه جست‌وجوی هوش فرازمینی (SETI) در آمریکا را نیز به خود جلب کرده‌اند.
۸. حباب فرمی چیست؟
حباب‌های فرمی دو ساختار عظیم هستند که در مرکز کهکشان راه شیری کشف شده‌اند که تقریبا ۲۰ هزار سال نوری در بالا و پایین صفحه کهکشانی امتداد دارند. آن‌ها اولین بار در سال ۲۰۱۰ کشف شدند و از پرتوهای گاما و اشعه ایکس با انرژی فوق‌العاده بالا تشکیل شده‌اند که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند.
طبق پیش‌بینی برخی از دانشمندان احتمالا منشا این امواج، شوک حاصل از ستارگانی در حال فروپاشی توسط سیاهچاله کمان‌ای (Sagittarius A) باشند که در مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد.
۹. چرا تپ اخترها به طور مداوم چشمک می‌زنند؟
تپ اخترها (pulsar) ستارگان نوترونی هستند که با سرعت بسیار زیاد می‌چرخند و پرتویی از تابش الکترومغناطیسی را در فواصل زمانی منظم ساطع می‌کنند که با دقت یک ساعت اتمی رقابت می‌کند؛ این امر آن‌ها را به ابزاری ارزشمند برای ستاره‌شناسان و اخترفیزیکدانانی تبدیل کرده که از آن‌ها برای اندازه‌گیری فواصل در فضا استفاده می‌کنند.
اولین تپ اختر در سال ۱۹۶۷ کشف شد، اما دانشمندان هنوز متوجه نشده‌اند که چه چیزی باعث تابش این ستاره‌ها می‌شود. با این حال، در سال ۲۰۰۸ ستاره‌شناسان مشاهده کردند که یک تپ‌اختر خاص به مدت ۵۸۰ روز ناگهان تابش خود را متوقف کرد. در طول مشاهدات آن‌ها متوجه شدند که این به نوعی به جریان‌های مغناطیسی مربوط می‌شود که چرخش ستارگان را کاهش می‌دهد، اگرچه آن‌ها نمی‌دانند این جریان‌ها از کجا می‌آیند.