Овај чланак је списак значајних нерешених проблема у астрономији. Проблеми могу бити теоријски или експериментални. Теоријски проблеми настају због немогућности савремених научних теорија да објасне посматране појаве или експерименталне резултате. Експериментални проблеми настају због немогућности тестирања или истраживања предложене теорије. Остали проблеми укључују јединствене догађаје или појаве које се нису поновиле и чији узроци нису јасни.
Планетарна астрономија Сунчев систем Орбитирајућа тела и ротација: Да ли постоје неке не-патуљасте планете изван Нептуна? Зашто екстремни транснептунски објекти имају издужене орбите?Види Transneptunske planete#Орбите удаљених објеката за детаље. Брзина ротације Сатурна: Зашто магнетосфера Сатурна ротира брзином која је блиска оној којом ротирају облаци планете? Колика је брзина ротације дубоке унутрашњости Сатурна? Геоморфологија сателита: Шта је порекло ланца високих планина који блиско прати екватор Сатурновог месеца Јапет? Да ли су планине остатак врелог и брзо ротирајућег младог Јапета? Да ли су планине резултат материјала (било из Сатурнових прстенова или из његовог прстена) који се током времена накупио на површини?
Екстрасоларни системи Колико су чести планетарни системи слични Сунчевом систему? (Неки посматрани планетарни системи садрже Суперземље и вреле Јупитере који орбитирају веома близу својих звезда. Системи са планетама сличним Јупитеру у орбитама сличним Јупитеровој изгледа да су ретки. Постоји неколико могућности зашто су орбите сличне Јупитеровој ретке, укључујући недостатак података или хипотезу великог скретања.) Да ли постоје двојни објекти масе Јупитера (JuMBO)?
Звездана астрономија и соларна физика Соларни циклус: Како Сунце ствара своје магнетно поље које периодично мења смер? Како друге звезде сличне Сунцу стварају своја магнетна поља и које су сличности и разлике између циклуса звездане активности и Сунчевог циклуса? Шта је изазвало Маундеров минимум и друге велике минимуме, и како се соларни циклус опоравља из стања минимума? Шта је узрок соларног ветра? Проблем короналног загревања: Зашто је Сунчева корона толико топлија од површине Сунца? Зашто је ефекат магнетне реконекције много редова величине бржи него што предвиђају стандардни модели? Предвиђање свемирског времена: Како Сунце производи јака магнетна поља усмерена ка југу у соларним короналним ерупцијама масе која доводе до геомагнетних олуја? Како можемо предвидети соларне и геомагнетне супер-олује? Зашто се сунчеве пеге понекад формирају у паровима? Шта је узрок сунчевих бакљи? Соларна поларизација: Како треба израчунати поларизацију резонантног расејања када фотони имају коначну кохерентну дужину? Зашто постоји кршење Хејловог закона поларитета? (Проблем са мерењима или теоријски проблем?) Војаџер парадокс: Војаџер 1 је прешао терминални удар 2004. године, али није детектовао очекивани локални врхунац извора аномалних космичких зрака, што је предложено скоро свим моделима.
Астрофизика Које је порекло спектра звезданих маса? Другим речима, зашто астрономи посматрају исту расподелу звезданих маса – почетну функцију масе – наизглед без обзира на почетне услове? Supernova: Који механизам претвара имплозију умируће звезде у експлозију? p-језгра: Који астрофизички процес је одговоран за нуклеогенезу ових ретких изотопа? Брзи радио-рафали (FRB): Шта узрокује ове пролазне радио-пулсеве из удаљених галаксија, који трају по неколико милисекунди? Зашто се неки FRB-ови понављају у непредвидивим интервалима, али многи други не? Предложено је неколико модела, али ниједна теорија није широко прихваћена. Ох-Мај-Год честица и други ултра-високоенергетски космички зраци: Који физички процеси стварају космичке зраке чија енергија прелази GZK границу? Природа Табијеве звезде: Шта је порекло необичних промена сјаја ове звезде? Који су извор и порекло IBEX траке?
Галактичка астрономија и астрофизика мини|десно|Крива ротације типичне спиралне галаксије: предвиђена (A) и посматрана (B). Да ли се разлика између кривих може приписати тамној материји? Проблем ротације галаксије: Да ли је тамна материја (искључиво) одговорна за разлике у посматраној и теоријској брзини звезда које се окрећу око центра галаксија? Старост–металичност релација у Галактичком диску: Да ли постоји универзална релација старост–металичност (AMR) у Галактичком диску (и „танки” и „дебели” делови диска)? У локалном (претежно танком) диску Млечног пута, изгледа да нема доказа о јакој AMR. Узорак од 229 оближњих звезда „дебелог” диска коришћен је за истраживање постојања релације старост–металичност у Галактичком дебелом диску и указује на то да она постоји. Звездане старости из астеросеизмологије потврђују недостатак било какве јаке релације старост–металичност у Галактичком диску. Ултралуминозни извори X-зрака (ULX): Шта покреће изворе X-зрака који нису повезани са активним галактичким језгрима, али премашују Едингтонову границу за неутронску звезду или звездану црну рупу? Да ли су то црне рупе средње масе? Неки ULX-ови су периодични, што сугерише не-изотропну емисију са неутронске звезде. Да ли ово важи за све ULX-ове? Како такав систем може настати и остати стабилан? Које је порекло вишка гама зрачења из Галактичког центра? Да ли је то последица анихилације честица тамне материје или нове популације милисекундних пулсара? Инфрацрвена/ТеВ криза: Недостатак атенуације веома енергетских гама зрака из екстрагалактичких извора. Каква је природа малих црвених тачака?
Црне рупе Гравитационе сингуларности: Да ли општа релативност престаје да важи у унутрашњости црне рупе због квантних ефеката, торзије или других феномена? Теорема о одсуству косе: Да ли црне рупе имају унутрашњу структуру? Ако да, како би се та унутрашња структура могла испитати? Супермасивне црне рупе: Које је порекло M–сигма релације између масе супермасивне црне рупе и дисперзије брзина галаксије? Формирање квазара високог црвеног помака: Како најудаљенији квазари расту своје супермасивне црне рупе до 1010 соларних маса тако рано у историји свемира (са црвеним помаком већим од 6 до 7)? Парадокс информације црне рупе и зрачење црне рупе: Да ли црне рупе производе топлотно зрачење, као што се очекује на теоријским основама? Ако да – што значи да црне рупе могу испарити – шта се дешава са информацијом ускладиштеном у њима? Изгледа да је ово проблем зато што унитарност квантне механике не дозвољава уништавање информације. Да ли зрачење престаје у неком тренутку за остатке црних рупа? Ватрени зидови: Да ли постоје ватрени зидови око црних рупа? Првобитно објављено у Quanta, 21. 12. 2012. Проблем последњег парсека: Чини се да су се супермасивне црне рупе спојиле, и уочен је пар у овом интермедијарном опсегу, у систему PKS 1302–102. Међутим, теорија предвиђа да када супермасивне црне рупе достигну удаљеност од око једног парсека, могу проћи милијарде година да орбитирају довољно близу да се споје – дуже од старости свемира. Који су астрофизички канали формирања бинарних црних рупа посматраних кроз гравитационе таласе? Гола сингуларност: Да ли је хипотеза космичке цензуре тачна? Да ли може постојати гола сингуларност?
Космологија мини|Процењена расподела тамне материје и тамне енергије у свемиру Космолошки принцип: Да ли је свемир хомоген и изотропан на довољно великим скалама, како тврди космолошки принцип и претпостављају сви модели који користе FLRW метрику, укључујући тренутну верзију ΛCDM модела, или је свемир нехомоген или анизотропан? Да ли је CMB дипол чисто кинематички, или указује на анизотропију свемира, што доводи до нарушавања FLRW метрике и космолошког принципа? Да ли је Хаблова тензија доказ да је космолошки принцип нетачан? Ако је космолошки принцип тачан, да ли је FLRW метрика исправна метрика за описивање свемира? Да ли су посматрања која се тумаче као убрзано ширење свемира исправно протумачена, или су она заправо доказ да је космолошки принцип нетачан? Коперникански принцип: Да ли су космолошка посматрања са Земље репрезентативна за посматрања са других положаја у свемиру? Тамна материја: Који је идентитет и састав тамне материје? Да ли је тамна материја честица? Ако јесте, да ли је то WIMP, аксион, најлакши суперпартнер (LSP), или нешто друго? Да ли феномени приписани тамној материји указују на проширење гравитације уместо на неку другу врсту материје? Тамна енергија: Шта узрокује посматрано убрзано ширење свемира (де Ситерову фазу)? Да ли су посматрања која показују убрзано ширење свемира исправно протумачена, или су она доказ да је космолошки принцип нетачан? Зашто је густина енергије компоненте тамне енергије истог реда величине као и густина материје у садашњости, када се оне временом развијају прилично различито? Може ли ово посматрање бити случајност времена? Да ли је тамна енергија чиста космолошка константа, или су модели квинтесенције попут фантомске енергије применљиви? Да ли модели ране тамне енергије решавају Хаблову тензију? | Barionska asimetrija: Зашто у видљивом свемиру има много више материје него антиматерије? Проблем космолошке константе: Зашто енергија вакуума не ствара велику космолошку константу? Величина и облик свемира: Пречник видљивог свемира је око 93 милијарде светлосних година; колика је величина целог свемира? Да ли је бесконачан? Шта је 3-многострукост сапутничког простора, тј. сапутничког просторног пресека свемира, неформално названог „облик” свемира? Ни закривљеност ни топологија тренутно нису познати, мада се зна да је закривљеност „блиска” нули на видљивим скалама. Хипотеза о космичкој инфлацији сугерише да облик свемира може бити немерљив. Од 2003. године, Жан-Пјер Лумине и други су предложили да облик свемира може бити Поенкареов додекаедарски простор. Да ли је облик немерљив, да ли је Поенкареов простор, или нека друга 3-многострукост? Космичка инфлација: Да ли је теорија космичке инфлације у веома раном свемиру тачна? Ако јесте, који су детаљи те епохе? Шта је хипотетичко инфлатонско скаларно поље које је изазвало ову космичку инфлацију? Ако се инфлација десила у једној тачки, да ли је самоодржива кроз инфлацију квантно-механичких флуктуација и стога још увек траје на неком изузетно удаљеном месту? Problem horizonta: Зашто је удаљени свемир толико хомоген када теорија Великог праска предвиђа веће мерљиве анизотропије ноћног неба од оних које су посматране? Космолошка инфлација је општеприхваћена као решење, али да ли су могућа друга објашњења попут променљиве брзине светлости прикладнија? Хаблова тензија: Ако је ΛCDM тачан, зашто мерења Хаблове константе не конвергирају? Оса зла (космологија): Неке велике структуре микроталасне позадине на удаљеностима од преко 13 милијарди светлосних година изгледа да су поравнате и са кретањем и са оријентацијом Сунчевог система. Да ли је то због систематских грешака у обради, контаминације резултата локалним ефектима, или необјашњивог кршења Коперниканског принципа? Зашто постоји нешто, а не ништа? Порекло и судбина свемира: Како су настали услови да било шта постоји? Да ли потенцијално постоји бесконачан број непознатих астрономских феномена у целом свемиру? Да ли свемир иде ка Великом замрзавању, Великом цепању, Великом сажимању или Великом одскоку, или је део бесконачно понављајућег цикличног модела? Мултиверзум: Да ли постоји мултиверзум и да ли је такав концепт релевантан? Да ли су такве идеје научно проверљиве или ће заувек остати у домену псеудонауке? Да ли су таква метафизичка питања тумачива у областима космологије, астрономије, физике или било које друге научне дисциплине? Да ли су метафизички приступи попут антропског принципа неопходни за објашњавање нерешених питања као што је проблем космолошке константе?
Ванземаљски живот Да ли у Свемиру постоји други живот? Посебно: Да ли постоји други интелигентан живот? Да ли потенцијално постоји бесконачан број ванземаљских родова у нашем свемиру? Ако да, шта је објашњење за Фермијев парадокс? Природа Wow! сигнала: