美国陆军首次试飞了他们高级超高音速武器项目里的一架概念机。这个飞行器利用三级推进火箭发射，到达地球大气层预定轨道后即开始超高音速滑翔，据称其主要作用是为了测试及搜集试飞数据，用于开发今后的超高音速飞行器，即全球即时打击武器。
美国“发现”号、“奋进”号和“阿特兰蒂斯”号分别于2月24日、5月16日和7月8日升空后完成自己的“绝唱”之旅。航天飞机30年历程毁誉参半，航天飞机退役后，美国将暂时依赖俄罗斯“联盟”飞船前往空间站，而政府目前正将希望寄托于私营太空企业。
NASA对媒体展示处于测试中的新型飞船——“奥赖恩”（Orion）航天器，它是美国载人航天事业青黄不接的拯救者、原“星座计划”重要组成部分。NASA表示有信心让此型号飞船作长途飞行之用，最早于2019年载人飞往小行星。
斯隆数字巡天项目组(SDSS)的科学家们近期通过对宇宙中14000个类星体进行了研究后，利用这些类星体发出的明光线照亮了星系际空间的氢气物质，制出了一幅迄今最详尽的宇宙3D图景。其有希望帮助科学家们对110亿年前的宇宙膨胀速率进行测量，并还可能提供神秘的暗能量的研究线索。
8月，NASA发布了在火星中纬度地区发现液态水存在的环境证据，进一步预示火星“可能支持生命”。NASA此次格外体现出科研应有的严谨态度，因为截止到目前，并没有火星上存在液态水的直接证据，即便是有“最大的可能性”，团队认为他们的结论仍只是一个间接推测。
为了解火星过去或现在是否存在适宜生命生存的环境，美国开始了最大的火星探测行动。11月26日，“好奇”号火星车发射升空，预计于2012年8月在火星着陆，展开为期一个火星年（约687个地球日）的探测活动。“好奇”号称得上目前人类派往火星的最佳科学结晶。
11月，“伽利略”号探测器发回的数据建模显示，尽管木卫二的冰层厚约10千米，但冰层内部可能存在分布深度达3千米的含盐水，水量与北美洲的五大湖相当。液态水向上喷发，使得冰水之间的转换有可能传递了能量和营养物，为生命存在提供条件。而这颗原本就排进“太阳系除地球外最可能孕育生命的五大星球”名单里的卫星，今朝更加备受关注。
利用哈勃太空望远镜，NASA得到了迄今最精确参数，重新计算了宇宙扩张率，结果排除了一种可能代替暗能量的泡泡宇宙假说。这种假说认为，“宇宙以越来越大的速率在膨胀”的景象可能是个幻觉。
钱德拉X射线太空望远镜和甚大望远镜拍摄到约3200万年前纺锤星系内一个巨大黑洞吞噬其他天体的天文奇观。这是人们首次在X波段清晰地获取这类图像。
美国和英国科学家成功找到了一颗恒星发出的气体云，并捕捉到了一个巨型黑洞散发出来的光线，同时发现了第一批恒星遗留下来的残骸以及一颗正在爆炸的恒星爆炸余波的踪迹，从而弥补了宇宙进化史上大爆炸后和恒星诞生间“缺失的一环”。
12月，开普勒天文望远镜新发现了一颗宜居类地行星，不但是迄今探测到的最小类地行星，且其表面温度是温和的22摄氏度，十分难得。该小行星被命名为开普勒-22b，宽度约为地球的2.4倍，质量据推测应至少小于地球质量的36倍——这个范围意味着，该行星表面可能有很多岩石并可能有水。
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