天文学在对于了解宇宙及其相关特性上，已有很大的进展。但仍有些天文学上的问题找不到解答。若要回答这些问题，可能要有新的地面或太空的天文仪器，也许在理论天文学或是观测天文学上需有新的进展。
恒星质量谱的来源是什么？为什么不论初始条件如何，天文学家都会观测到相同的恒星质量分布（初始质量函数）？可能需要对于星球及行星的形成有更深的了解。
是否存在外星生命？若有外星生命，是有智能的吗？若存在有智能的外星生命，要如何解释费米悖论。外星生命是否存在一事是在科学上及哲学上都有重要的意涵－太阳系是否有其独特性？
是什么导致了宇宙形成？微调宇宙假说是否正确？是正确，这是宇宙自然选择的结果吗？什么造成宇宙暴胀，导致一个均匀的宇宙？为何会有重子不对称性？
暗物质及暗能量的本质是什么？暗物质和暗能量决定了宇宙的演化及其命运，但人类对于其本质仍不清楚宇宙的终极命运会怎様？
第一个星系是如何形成的？超质量黑洞是如何形成的？
什么造成了超高能宇宙射线？
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