天文学的研究成果直接导致了人类认识宇宙的七次大飞跃，這是非常伟大的成就，也是天文学這门古老学科一再成为科学前沿的重要原因之一。回顾這些科学成就，我们有必要问一个问题：這些成果是计划的、规划的，还是从事這些研究的科学家个体在开展這些研究之前就预期了這些成果？问這个问题的一个主要原因是：在我们论证一些重大科学项目的时候，我们必须回答项目的预期科学成果，越大规模的项目，我们越需要明确说明预期成果的重要性。這当然很有道理，因为重大项目需要投入的资金和人力很大，如果不能说清楚预期的成果，自然就难以得到资助来实施，任何政府或者其它资助方都会有這样的要求。
重大天文发现的偶然性
科学史明确地告诉我们，导致了人类认识宇宙七次大飞跃的重要科学成果的发现过程，都具有某种偶然性。在這些工作开展之前，无论是资助方还是科学家们，都没有预料到会获得這样的科学成果，更没有意识到這些成果会有如此重大的意义。尽管诺贝尔奖成果并不是每一个都直接导致了人类认识宇宙的大飞跃，而且也不一定是最重要的天文学成果，但是這些成果却对20世纪的物理学发展带来了重要的影响，也因此获得了诺贝尔物理学奖。事实上，除了2006年授予发现宇宙微波背景辐射各向异性的诺贝尔物理学奖之外，其它的天文学研究获得的诺贝尔物理学奖的最初研究目的和最后获奖的天文发现明显不一样，它们不但“不是”预期的结果，而且大部分的成果不是和预期结果“没有关系”就是“完全相反”。从研究类型看获奖的理论研究成果数量远远少于观测研究，這表明天文学研究的重大而且是开创性的突破主要来自于观测研究，而這些突破大部分都不是预期的科学成果，也就是说大部分重大天文观测成果的获得，看起来都是偶然的。
科学发现的必然性
既然大部分重大天文观测成果的获得看起来都是偶然的，那么是否重大科学发现都是“瞎猫碰死耗子”？在总结了以往获得重大天文观测成果的研究项目后，我认为在這些看似偶然的成果背后，其实有三个要素构成了科学发现的必然性：1、项目提出，要求重要的目标加上可行的实现途径，确保项目不会一无所获；2、仪器设计，要求在某些参数空间必须有超越以前仪器的能力，确保具有新的科学发现能力；3、获取结果，要求有坚实的基础、宽广的知识和对领域的全面理解加上突破常规的新思想。其中前两个要素是对项目本身的要求，也就是必须有“保底”的科学目标，同时应该具备做出新的科学发现的能力。而第三个要素则是对项目科学团队的研究水平、研究态度和研究文化的要求。
一个科学项目在满足了這三大要素的情况下，必然会做出新的科学发现，這是必然性。但是到底做出什么科学发现、尤其是在新的发现空间里面的预料之外的发现，则很有可能是偶然的，至少在天文学领域是這样的。這正是偶然性和必然性之间的辩证统一。
那么为什么在重大的开创性天文发现中，大部分都是事先没有预料或者计划的呢？這是因为宇宙和自然界太复杂了，而人的智慧太有限，科学家能够预料或者计划的成果一般肯定都是普通的成果，也就是满足第一要素的“保底”的科学成果。爱因斯坦或许是人类历史上最聪明、最有远见和深刻洞察力的学者，但是他坚信宇宙中没有黑洞（而這恰恰是爱因斯坦的广义相对论的最重要预言之一）、没有暗能量（当时被称为宇宙学常数，而這恰恰是爱因斯坦本人首先提出的），同时认为量子力学有基本错误（而他本人获得诺贝尔物理学奖的光电效应理论恰恰证明了量子力学是正确的）。因此在宇宙和自然面前，我们只能保持谦卑，人类能够理解宇宙和自然已经非常了不起了。爱因斯坦曾经说过：“宇宙最令人费解的地方是她竟然可以被理解，试图预言宇宙和自然会发生什么则是可望而不可及的事情。”
但是预料之外的成果往往是重大成果，這是科学研究、尤其是天文学研究最引人入胜的地方。但是要“碰上”這样的成果，固然需要一点运气，但是满足后面两个要素则是必须的。第二个要素保证了该项目有取得预料之外的重大发现的机会。但是這并不能保证获得重大科学成果。我们知道很多历史上和重大科学成果“擦肩而过”的故事，也有人明明做出了重大发现，但是自己浑然不知或者没有胆量公布，没有做好“事后诸葛亮”，却成为了“事后诸葛亮”的“马后炮”，這都是缺乏第三个要素的后果。因此第三个要素是能够最终兑现重大科学发现的保证，而這就是科学家水平的体现。