空间天文研究方向
天文和天体物理的研究方向是什么？我国科学家通俗地归纳为：“两暗一黑三起源”。
“两暗”是指暗物质和暗能量。最新的天体物理观测证据表明，我们在宇宙中能够观测到的普通物质总量（包括质子、中子等，泛称为“重子物质”）只占总量的5%左右。宇宙里还存在着大量的、看不见的物质，和重子物质只通过引力发生相互作用的“暗物质”。这些暗物质占宇宙总量的27%左右。我们只能通过一些间接方式了解到暗物质的存在，比如对星系外围天体绕星系中心旋转速度的测量，以及对宇宙微波背景的测量等。剩下的68%左右则是更为神秘的、以能量形式存在的“暗能量”①。通过对超新星的观测和分析，Saul Perlmutter，Adam Riess和Brian Schmidt等人发现宇宙在加速膨胀，间接证实暗能量的存在，并因此获得2011年的诺贝尔物理学奖。然而，对于暗物质和暗能量的本质，我们迄今为止所知甚少。
“一黑”是指黑洞。黑洞是天文学里最吸引人、也最令人困惑的现象之一。目前天体物理观测中发现的黑洞大概分为两类。一类是恒星级的黑洞，其质量大约为太阳质量的数倍到几十倍之间。这类黑洞是大质量恒星在演化的晚期爆发并塌缩的结果。另一类黑洞则存在于星系的中心，其质量为太阳质量的数百万倍到千万倍，称为“超大质量黑洞”。超大质量黑洞的成因和起源目前还是一个谜。黑洞研究里存在着大量的未解之谜。除了上述的超大质量黑洞的成因，还有比如是否存在中等质量的黑洞（介于恒星级和超大质量黑洞之间），超大质量黑洞是如何和星系一起成长和演化的，黑洞的视界内究竟是怎么回事（物理定律还有效吗），等等。
而“三起源”则是指宇宙的起源和演化，天体的（包括恒星、星系等）起源和演化，以及地外生命起源。
自从美国天文学家哈勃在上个世纪初发现星系在高速地远离我们后，物理学家咖莫夫等人在上个世纪中叶提出了宇宙起源于一次大爆炸，并预言了大爆炸后残余的宇宙背景辐射温度。令人震惊的是，这个宇宙背景辐射（主要是在微波波段，因此又称为宇宙微波背景辐射）在六十年代，居然被美国贝尔实验室的两位科学家偶然之间探测到。自此，宇宙大爆炸理论就成为宇宙起源最主要的理论，并被越来越多的观测所证实。
目前的主流理论认为，宇宙诞生于约137亿年以前的一次大爆炸，在大爆炸后宇宙经历了一个快速暴涨的过程。随后，处于极高温的宇宙随着膨胀开始冷却。在冷却的不同阶段，质子、中子等物质开始形成。在宇宙诞生约5亿年后，由于受引力左右，物质开始收缩、塌缩，形成第一代恒星、星系等结构。恒星、星系的形成在宇宙诞生30亿年后达到高峰，并开始慢慢停止。残留在星系和星系之间的物质，即所谓的星系际介质（intergalactic medium，或IGM），构成了一个网状结构，称为“宇宙网”结构。
而地外生命的探索在最近二、三十年才开始兴起。人类自古以来就对于地球外是否有生命充满兴趣，由于探索的手段有限，在地球文明发展以来一直处于幻想阶段。然而，随着天文技术高速发展，在上世纪90年代，瑞士天文学家Michel Mayor和他的同事首次探测到太阳系外围绕着一个主序星飞马座51的一颗行星，这正式拉开了系外行星和系外生命搜索的序幕。
到目前为止，人类一共发现了约3000多颗系外行星，其中有不少和我们地球一样处在所谓的“habitable zone”（宜居住区）。宜居住区是指在一颗恒星周围行星上可以有大气和液态水存在的区域，通常我们认为位于这个区域的行星最有可能有生命出现。而寻找系外生命在其大气层上留下的所谓的“bio-marker”（生物标志物）是目前国际上正在建造的下一代大型望远镜最主要的科学目标之一。
