在大名鼎鼎的猎户座内，在它的腰带中6星附近，用大望远镜仔细观测，在茫茫一片星光中，可以见到一匹回首长嘶的“骏马”，这就是大名鼎鼎的“马头星云”。与猎户星云不同的是，它如同皮影戏的“影子”又像照相中的底片。在蛇夫座中，我们可见到有一条曲曲弯弯的黑带，好像英文字母“S”——S星云；金牛座中则有一块类似雄鹰的黑斑——鹰状星云；还有麒麟座中的圆锥星云等。
暗星云为何暗淡
暗星云与亮星云并无本质的区别，它们都是银河系中较密集的弥漫物质。只是亮星云比较“幸运”，它们中间有明亮的恒星把它们照亮了。我们见到的是它们反射的这些恒星光，所以叫反射星云。若这些恒星的温度很高，则还会使星云光谱中出现发射线，故专称发射星云。暗星云则只是因为它们附近没有明亮的恒星而已。暗星云的直径略比亮星云小，最小的暗星云质量只有太阳质量的千分之几。暗星云中所含的固态尘埃物质大约占1～2%，这比亮星云中的比例要高得多。尘埃粒子的大小约为0.1微米左右，它的成分主要是铁、硅、镁、镍及其氧化物、石墨、冰晶等。
恒星诞生的“摇篮”
近年来，一些人主张把似云非云的球状体也划归暗星云的范畴。因为它们除了体积略比一般暗星云更小一个数量级、密度大几个数量级、形状比较规则外，其他便几乎没有什么不同了。现在人们发现的几百个球状体多集中分布在暗星云的周围，这无异表明三者之间确有密切的“血缘”关系。人们由此推断，许多暗星云正是恒星诞生的“摇篮”。
类星体之谜
类星体是类似恒星天体的简称，又称为似星体或类星射电源，与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子一道并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。长期以来，它总是让天文学家感到困惑不解。
类星体是迄今为止人类所观测到的最遥远的天体，距地球至少100亿光年。类星体是一种在极其遥远距离外观测到的高光度和强射电的天体。类星体比星系小，但是释放的能量却是星系的千倍以上，类星体的超常亮度使其光能在100亿光年以外的距离处被观测到。据推测，在100亿年前，类星体比现在数量更多，光度更大。
由于类星体是一个难解的天体之谜，它在挑战人类既有的物理观念，它的解决，可能会使我们对自然规律的认识向前跨一大步。
类星体的发现及命名
20世纪60年代，天文学家在茫茫星海中发现了一种奇特的天体，从照片看来如恒星但肯定不是恒星，光谱似行星状星云但又不是星云，发出的射电（即无线电波）如星系又不是星系，因此称它为“类星体”。
1960年天文学家们发现了射电源3C48的光学对应体是一个视星等为16等的恒星状天体，周围有很暗的星云状物质。令人不解的是光谱中有几条完全陌生的谱线。1962年，又发现了在射电源3C273的位置上有一颗13等的“恒星”。使天文学家同样困惑的是其光谱中的谱线也不寻常。
对于这种在光学照片上的形态像恒星，但是其本质又迥然不同的天体，天文学家把它们命名为类星射电源。进一步的观测和研究揭示了又一类天体，它们的形态也很像恒星，而且也有很大的红移，但是没有射电辐射，被称为射电宁静类星体。天文学家们因其貌似恒星而实非恒星，便将其命名为“类星体”，意即“类似恒星的天体”。
能量巨大的类星体
现在大多数天文学家认为，类星体其实是星系一级的天体，它们可能是某些活动剧烈的星系核心部分。类星体的发光能力极强，比普通星系要强上千百倍。类星体的体积很小，直径仅有普通星系的十万分之一甚至百万分之一。
这样小的体积内为何会产生如此大的能量呢？起初人们难以对它的能量来源作出解释，便将此称为类星体的“能源困难”。有人认为其能源来源于超新星的爆炸，并猜测其体内每天都有超新星爆炸。还有人分析是由于正反物质的湮灭。更有人推测类星体中心有一个巨大的黑洞，以辐射的形式释放出巨额的能量，单单这一过程已足够提供为解决“能源困难”所需的全部能量。当然，要想拨开类星体的谜雾，还有待于科学家们辛勤探索。
人们还观察到在类星体与地球之间漫长距离上，存在着暗物质，这些暗物质会吸收类星体的辐射，使类星体的光谱中出现各种附加的吸收线。
类星体的距离
科学家们测定类星体距离的依据是它们的光谱线红移。根据哈勃定律算出这类类星体与我们的距离远达数十亿乃至上百亿光年。正是由于类星体既如此遥远又显得相当明亮，才导致了其产能率高得令人吃惊的“能源困难”。
目前，大部分天文学家根据类星体光谱线有较大的红移，认为类星体是相当远的天体。但是后来几位天文学家指出，至少有一些类星体距离地球比较近。他们的主要证据是在那里有一颗类星体与一个多普勒位移小得多的星系有明显的联系。
类星体的惊人速度
天文学家们发现，类星体的速度超过了光速。1977年以来的发现证实，那颗3C273类星体的内部有两个辐射源，并且它们还在相互分离，分离的速度是光速的9.6倍。后来天文学家们还相继发现了几个“超光速”的类星体。
类星体的特点
类星体的显著特点是具有很大的红移，表示它正以飞快的速度在向我们远离。类星体离我们很远，大约在100亿光年以外，可能是目前所发现最遥远的天体，天文学家能看到类星体，是因为它们以光、无线电波或X射线的形式发射出巨大的能量。
关于类星体的最新解释
类星体是一种光度极高、距离极远的奇异天体。越来越多的证据显示，类星体实际是一类活动星系核。而普遍认可的一种活动星系核模型认为，在星系的核心位置有一个超大质量黑洞，在黑洞的强大引力作用下，附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围，形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘。在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方，物质掉入黑洞里，伴随着巨大的能量辐射，形成了物质喷流。而强大的磁场又约束着这些物质喷流，使它们只能够沿着磁轴的方向，通常是与吸积盘平面相垂直的方向高速喷出。这时观察者就能观测到类星体。
宇宙暗物质之谜
暗物质存在于人类已知的物质之外，人们目前知道它的存在，但不知道它是什么，它的构成也和人类已知的物质不同。
暗物质的存在
现已知道，宇宙的大结构呈泡沫状，星系聚集成“星系长城”，即泡沫的连接纤维，而纤维之间是巨大的“宇宙空洞”，即大泡泡，直径达1~3亿光年。如果没有一种看不见的暗物质的附加引力“帮忙”，这么大的空洞是不能维持的，就像屋顶和桥梁的跨度过大不能支持一样。
我们的宇宙尽管在膨胀，但高速运动中的个星系并不散开，如果仅有可见物质，它们的引力是不足以把各星系维持在一起的。
在星系中心，虽然也集中了更多的恒星，还有黑洞，可是，离星系中心近的恒星的运动速度，并不比离得远的恒星的运动速度快。这说明星系的质量并不集中在星系中心，在星系的外围区域一定有大量暗物质存在。
天体的亮度反应天体的质量。所以天文学家常常用星系的亮度来推算星系的质量，也可通过引力来推算星系的质量。可是，从引力推算出的银河系的质量，是从亮度推算的银河系质量的十倍以上，在外围区域甚至达五千倍。因而，在那里必然有大量暗物质存在。
暗物质的发现
1915年，爱因斯坦根据他的相对论得出推论：宇宙的形状取决于宇宙质量的多少，宇宙是有限封闭的，宇宙中物质的平均密度必须达到每立方厘米5×10-30克。但是迄今可观测到的宇宙的密度，却比这个值小100倍。也就是说，宇宙中的大多数物质“失踪”了，科学家将这种“失踪”的物质叫做“暗物质”。
1933年，瑞士天文学家弗里兹·扎维奇惊奇地发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了1980年代，占宇宙能量密度大约23%的暗物质已被广为接受了。
暗物质是什么
宇宙中的这些大量的暗物质究竟是什么呢？天文学家们经过研究后认为，存在三种可能性。
一是极暗弱的褐矮星。许多科学家认为，这类似小恒星的“尸骸”，小恒星在不能发光后就演变成了这种类似褐矮星的暗物质。二是在很早以前，由超大恒星演化到死亡阶段形成的巨大质量的黑洞，黑洞的质量相当于太阳质量的200万倍。三是奇异电子。欧洲核子研究中心的物理学家霍夫曼博士推测，有四种属于暗物质的微子：光微子、希格斯微子、中微子和引力微子，而星系外庞大的星晕即由这些特殊粒子构成。
暗物质的性质
暗物质具有引力，几十亿颗恒星正是在它们的帮助下聚集到星系里。但暗物质很难与普通物质发生互动，因而人们看不到它。中微子是唯一一种曾在实验室里发现的暗物质粒子，但它们几乎是零质量，而且在暗物质的宇宙能量部分里仅占很小比例。天体物理学家认为，剩下的很大一部分是由相互作用大质量粒子构成，这种粒子的能量大约比质子多10~1000倍。如果两个暗物质粒子撞在一起，它们就会彼此摧毁对方，产生伽马射线。
暗物质的分布
暗物质并不是无所不在，它们只在某些地方聚集成团状，而对另一些地方却不屑一顾。有暗物质的地方，就有恒星和星系，没有暗物质的地方，就什么都没有。暗物质似乎相当于一个隐形的但必不可少的背景，星系（包括银河系）在其中移动。
“捉拿”暗物质很不易
如何“网”住暗物质？科学家们也想了很多办法。最初的办法是天文观测法，但是，却无法解答“暗物质是什么”。后来，人们又采取间接探测和直接探测的办法。前者，是探测暗物质相互碰撞产生的普通物质粒子信号，一般通过地面或太空望远镜探测；后者，则是用原子核与暗物质碰撞，探测碰撞产生的信号。而在地面上，因为宇宙射线众多，这些信号会对直接探测产生干扰，影响其鉴别能力。因此，地下实验室可以帮助探测器“挡”去干扰，让其“静心”工作。
首次捕获暗物质粒子
美国科学家在位于加利福尼亚大学校园的隧道里的实验室于2009年检测到了两种可能来自于暗物质粒子的信号。但他们同时表示，这些信号与暗物质粒子的相似度不高。他们在明尼苏达州的一座煤矿地下约714米处安装更高级的实验室设备，以进行二期低温暗物质搜寻项目。
暗物质现象会被进入地球的宇宙射线干扰，要减少宇宙射线粒子的背景信号影响，唯一的办法是到地底深处，这样才有把握确认暗物质的构成。
金刚石也就是我们常说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物，是自然界中最坚硬的物质。它的用途非常广泛。
科学家的惊人发现
近年来，美国科学家发现许多恒星正在向太空抛出金刚石。而在此之前，他们一直认为恒星抛出的碳原子将凝结成石墨，而不是金刚石。美国的研究人员在一些碳质陨石中发现了体积较大的金刚石。它们是在极普通和极平和的环境中，即红巨星的外层形成的。这一发现不仅表明金刚石是宇宙中普遍存在的物质，而且表明自然界不用极高温度也能产生金刚石。
研究人员将陨石分解成细小粒子，然后对其进行分析，以辨认出在太阳系形成之前就存在的物质。当发现其中一些细小颗粒是金刚石后，采用了更粗糙的方法去分解陨石。强化学侵蚀剂摧毁了陨石中的大部分物质，不仅留下了原来认定的金刚石，还留下了另一些直径为60毫微米至200毫微米的颗粒。经认定，这些颗粒也是金刚石。
金刚石的成因
在超新星爆发中，质子或中子会进入大量较轻的原子核中，形成放射性同位素，这些同位素衰变后留下稳定的原子核。科学家在这些细小金刚石中发现了相同的同位素，因而断定这些金刚石来自超新星。
对于较大的金刚石的成因，研究人员感到比较困惑。经过计算，他们终于发现了另一种完全不同的金刚石形成过程。他们发现较大的金刚石包含的几乎全是中等质量的氙原子核同位素。
天体物理学家已经证明，这些同位素是来自核反应过程较慢的老年恒星。在老年的红巨星中，原子核极少截获过量的中子，所以新原子核有时在截获另一个中子前衰变，这种过程便产生了中等质量的同位素。红巨星是宇宙中大量存在的星体，因此星际尘埃中的碳必然有相当大部分是以金刚石的形式存在的。
金刚石为何如此硬
在金刚石晶体内部，每一个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合，形成一种致密的三维结构。这种致密的结构使得金刚石的密度为每立方厘米约3.5克，大约是石墨密度的1.5倍。正是这种致密的结构，使得金刚石具有最大的硬度。换句话说，金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。
夜空黑暗之谜
科学家的疑问
奥伯斯是19世纪德国的一位天文学家。奥伯斯指出，按照静止、均匀、无限的宇宙模型，天空中散布着无数个均匀分布的发光恒星，尽管距离越远，单个恒星的亮度越小，但考虑到所有星光在宇宙中任一点的光照总和，以及近距恒星对后面星光的遮掩效应，整个天空就和太阳一样明亮，而实际上夜空却是黑的。理论与实际观察结果就是这样矛盾。简单地说，黑夜应是白夜。
早在奥伯斯之前，另一位德国天文学家开普勒就认为，如果天空的星星无限多，夜晚的星空就应该是亮的。不论是奥伯斯，还是开普勒，他们虽然提出了问题，却无法回答问题。理论和实际相矛盾，必有原因。但不知道问题出在哪里？
为了解决奥伯斯悖论，天文学家提出了多种理论加以解释，但都不能自圆其说。直到今天，仍然莫衷一是。
地球处于宇宙暗区
有人认为奥伯斯的理论是根据恒星均匀分部在宇宙中计算出来的，而实际上恒星分布并不均匀，有的星区恒星多，有的星区恒星少。因此，在宇宙中存在亮区和暗区，而地球就处在暗区，所以，天空是黑的。奥伯斯则认为，宇宙并不是无限大，如果宇宙是无限的，恒星与恒星之间就不会有暗区，地球上空就不会是黑的，而且要比白天还要亮得多。但是到目前为止，我们的确还没有发现宇宙的尽头。如果有尽头，尽头那边又是什么？
对于“夜空为什么是黑的”这个问题，专门研究天文的科学家们，直到现在也没有得出一个统一的答案。
奇怪的黑色夜空