第一章 宇宙的起源
無法定論的宇宙起源
宇宙的起源與誕生是一個使人類困惑千年而不得其解的重大問題，直到70年前愛因斯坦完成了一般相對論學說之後，才初次得到了符合科學邏輯的解答。
但迄今為止，關於宇宙的起源並沒有一個統一的理論。
一般相對論指出了宇宙有發生膨脹的可能性，後來觀測的結果證實了這一點。科學家們發現遠方的銀河正在以極高的速度遠離我們的銀河。這說明宇宙正在不斷地臌脹著。此外，還發現宇宙空間到處充滿著3度K的雜音電波，這證明宇宙曾經是一個超高溫、超密度的大火球，基於以上事實而產生的"大爆發宇宙論"已被公認為是當前最標準的宇宙進化理論。根據這個理論計算，宇宙是誕生於150億年之前。剛剛誕生的宇宙它的直徑隻有1/1033厘米，但它卻具有高得異乎尋常的溫度和密度。由於物質的溫度和密度驟然下降，使這個宇宙之卵以爆炸性的速度猛烈膨脹。在"大爆發"中誕生了各種元素和支配它們運動的力，由此形成了星球和銀河，一瞬間宇宙之卵便進化成了"成年"的宇宙。
"大爆發宇宙論"認為，宇宙可能是從既無空間也無時間的"虛無"之中以驚人的速度迅猛膨脹而瞬間誕生的。還認為，宇宙總是周而複始地從誕生到消亡，再誕生、再消亡，我們現在的這個宇宙隻是從過去到未來的無限多的宇宙中的一個而已。宇宙的大小
這個問題有兩層含義，一是宇宙的範圍有多大，二是宇宙的年齡有多大。我們在提出這個問題時，所談論的是可見的宇宙，也就是以我們所在的地球為一個球體，其半徑是自大爆炸以來，即宇宙作為一個點誕生，並開始向外迅速膨脹以來光所通過的空間；從整體上看，宇宙很可能比這個可見的宇宙大得多。但我們不能希望天文學家測定他們無法看見的東西。而且，就測定所能提供的東西來說，他們顯然並不知道，至少不是確切地知道大爆炸是何時發生的。他們隻是非常籠統地說，大爆炸要麼發生在100億年前，要麼發生在200億年前，或者是發生在100億年前到200億年前之間的某個時刻。
對我們常人來說，浩瀚無垠的宇宙幾乎是不可度量的。而對天文學家來說，精確地測繪宇宙天體不僅是必要的，而且也是可能的。當然，用"英裏"之類的單位來度量太陽係以外的遙遠的物體是太不合適、太不方便了。天文學采用的計量單位是"光年"，即光在一年裏所走的距離。光的速度約為每秒18.63萬英裏，一光年大約是6萬億英裏。銀河係的直徑約為10萬光年。而在銀河係之外還有別的星係，距離我們有數10億光年，最新發現的類星體位於我們目前能觀測到的宇宙邊緣，與地球相隔約100億到200億光年，是迄今所知最遙遠的天體。
如此遙遠的距離簡直難以想象，而天文學家的任務就是準確地計算，測量出宇宙的大小和範圍。要測量太陽係裏的其他行星或附近的恒星的距離，可以采用由古希臘人發明的視差計算法。所謂視差，是指從兩個觀察位置觀察同一物體時兩道視線所形成的夾角。在天文學家中，測定視差的方法是讓兩個觀測點與被觀測的天體構成一個三角形。先測出兩個觀測點線(即基線)的長度，再從這兩個觀測點測出天體的方位(即三角形的頂角)，就能求出天體與地球的距離。基線越長，求得的結果就越精確。通常，在測量離地球較近的天體如月亮的距離時，可以用地球的半徑作基線，所測定的視差則稱為"周日視差"。如果要測定太陽係以外天體的距離，一般都以地球與太陽的距離為基線，所測定的視差稱為"周年視差"。用這種視差法測量相距8.6光年以內的天體非常準確，測量遠至1000光年的天體時也能做到大體準確。
另一種從地球測量恒星距離的方法是亮度測定法。一顆恒星可能因體積大、運動活躍或距離地球較近而顯得很光亮。隻要分清星球的實際亮度和視覺亮度，就能從光亮上準確測出恒星與地球之間的距離。20世紀初，天文學家按波長區分星球光亮，製成了光譜。他們發現，不同的恒星各有其不同的光譜特性。用分光鏡研究恒星的光譜，就能斷定這顆星的冷熱程度。這有助於天文學家辨別貌似暗淡的小星是否是遙遠的活躍的巨星。隻要把一顆星的光與另一顆已知距離、活躍程度相似的星進行比較，就能測量出這顆星與地球之間的距離。
80多年前，大多數天文學家都認為銀河係就是整個宇宙，銀河係之外什麼也沒有。可是，當精度更高的天文望遠鏡誕生以後，這種看法被證明是錯誤的。過去觀測到的那些暗淡模糊的斑點，其實是其他的星係，有的與銀河係不相上下，有的則更龐大。20世紀20年代，美國天文學家埃德溫·哈勃在加利福尼亞州的威爾遜山用當時世界上最大的反射式望遠鏡研究銀河係外星係，他分析了這些星係的光譜，發現各種譜線的波長都移向紅色的一端。這種現象叫做紅移，說明那些星係正在向遠處飛離。波長的改變是多普勒效應的作用，與疾駛而去的汽車喇叭聲的變化同理。由於宇宙在不斷膨脹，星係距我們越遠，紅移越大。換言之，越遠的星係，其飛離我們的速度也越快。哈勃據此提出了"哈勃定律"，確定了計算行星運行速度的天文學計量單位--"哈勃常數"。但是，用哈勃常數作為測量尺度有一個問題，即無人知道它有多長。這就是為什麼天文學家寫學術論文時幾乎從來不用光年來說明某遙遠的星係有多遠。
關於宇宙膨脹的速率，天文學家們的看法並不一致。最保守的估計是，距離每增加100萬光年，則速度每秒鍾增加10英裏。即：一個距我們5億光年的星係將以每秒5000英裏的速度遠離地球。有些天文學家估計的速率比這個數字還要大一倍。按照第一種估計，宇宙中最遙遠的天體距離地球約有100億光年，而按第一種速率計算，則宇宙邊緣距離地球達200億光年之遙。
哈勃常數隻能在太陽以外的太空裏測定。在那裏，膨脹速度非常大，任何局部影響都變得微不足道。不幸的是那裏距離我們地球太遠，往往有數億光年。
如果天文學家能夠找到一支"標準蠟燭"，即某個類星體，其亮度穩定，非常明亮，橫跨半個宇宙都可以看到，那麼這個問題便可迎刃而解。但是迄今為止，大家公認可通用於整個宇宙的"標準蠟燭"尚未找到。因此，天文學家運用這一基本方法時往往采取一種分步方式，這就是設立一係列"標準蠟燭"每一步隻起測定下一步的作用。
近年來3種不同的"標準蠟燭"，都使人趨向於認為宇宙很年輕，有110～120億年。
但是，還不能說這便是標準答案，至少有另外3個天文學家小組得出了不同的結果。其中的一個小組是以哈佛大學天文學係主任羅伯特·柯什納為首，他們得出的結論是，宇宙並不是那麼年輕，可能有150億年。
而傑奎琳·休特和她的學生們，以及普林斯頓大學的埃德·特納，則測定宇宙有240億年。
總而言之，時至今日，宇宙有多大這個問題還遠遠未能解決。
宇宙繩論的解釋
根據1981年這個理論創使人之一維倫金的意見，宇宙大爆炸所產生的力量，應該形成無數細而長且能量高度聚集的管子，這種管子便叫"繩"。
維倫金指出，有關繩的性質，是異乎尋常的：它像蜘蛛絲，但遠比原子還細，你可穿過它走路而絕發現不了它。可是一英寸這樣長的繩，大約就有科羅拉多山脈加在一起的質量。它是一種奇特物質，是擁有巨大質量而缺乏通常物質熟知的性質，例如不對其他物質施加通常的引力作用。它的強度也極大，如果有地方拴住它的話，能綽綽有餘地把地球拖到半人馬星座α星那裏而不會折斷。
維倫金還說，根據複雜的理論計算，這種無限的繩，在宇宙中是稀疏分布的，也許每隔2百億光年左右的距離才有一根。但是，如果有某根無盡的長繩碰巧在幾十億光年遠的地方繞過我們宇宙的一角，那麼我們是能觀測出的。辦法是通過望遠鏡看某個類星體。類星體是距我們有幾十億光年的一種不尋常的明亮天體。倘若在地球和類星體之間有繩的存在，它是會使類星體的光稍微發生偏離，這樣類星體就產生兩個影像，我們就可看到"成對"的類星體了（雖然繩不施加通常的引力，但它巨大的質量卻產生有如引力一樣的效應，引起類星體光的偏離。）天文學家已經觀察到大約6對這樣的類星體。盡管它們的特殊光譜的形成或許另有原因，然而隻要我們找到很多對類星體後，再越過天空搜索這些線跡，是會尋覓到一條宇宙繩的。
還有一種觀察存在的途徑是基於這樣的事實，即如果繩真正是宇宙初期振動階段形成的，它們就會猛烈振動，由於巨大的質量，這種振動會發射出豐富的引力能量周期性脈衝-引力波。而這些引力波自產生起，一直在衰減著，並在地球繞太陽運動過程中，出現緩慢的有規律的擾動。他說，天文學家可在近期檢測出這種效應來。那時，將為我們提供宇宙之中是否存在宇宙繩的線索了。如果找到這一線索，將有助於解決宇宙學上長期存在的謎團。例如，追溯到宇宙初期、恒星和星係出現之前很久的時期，萬物都表現為薄而同質的氣體。那麼，這些氣體怎樣會在原來的位置上凝聚成星係呢?不妨設想為：一根質量極大的繩通過氣體運動，嚴重擾亂氣體的平靜分布而形成一些致密的"凹穀"，並開始自行坍塌而成星係。在過了一些時期後，這種繩拖住了眾多、能坍縮為黑洞的物質。照此推論，將暗示著每個星係的中心都可能存在一個黑洞。這樣看來，遙遠的類星體也許隻是由中部超巨洞供能的高能星係而已。據此，粒子物理學家和宇宙家將會作出令人難以置信的結論：星係可能就是被這種宇宙繩拖曳在一起的。
"宇宙膨脹"與"混沌膨脹"
莫斯科某物理研究所的一位物理學家推出了一種新的觀點，他認為，"宇宙"實際上是由無數個各自獨立的小宇宙組成的。這些小宇宙的自然規律甚至可能與我們所處的宇宙有根本的區別。我們的地球所在的星係以及其他所有天文學家能觀察到並可能有生命存在的星係，也隻不過是這些無數個小宇宙中的一個罷了。他在最近對美國《新聞周刊》記者的談話中說："我們不應堅持認為，我們生活的這個世界是生命唯一可以生存的世界。而應該說它是我們的生命形式可以存在的世界。在其他的小宇宙裏，可能存在著其他種生命形式。
在當代所有宇宙學的主要觀點中，這位物理學家的理論顯然與眾不同。
不能完滿地解釋宇宙是怎樣形成的。由於大爆炸模型的這個缺陷，美國麻省技術工藝研究所物理學家艾倫·古思在1980年提出一個新理論，叫"宇宙膨脹"理論，它基本上接受大爆炸創世的理論，也與宇宙在大爆炸後的10-30秒時間內誕生的理論相一致。他認為，大爆炸時，在宇宙的眼睛閃爍的一瞬間，宇宙就由大爆炸變為膨脹，正是宇宙膨脹和大爆炸的這種分離，導致宇宙出現了所有的各種差異。根據宇宙膨脹的觀點，就在這數個億分之一秒的瞬間，宇宙訊速地膨脹到比它初始時大1050倍的程度。在這以後，宇宙膨脹的速度降低到了穩定的時期，如現在所觀察到的那樣。這個膨脹理論解釋了迄今為止令科學家為難的一些宇宙問題，如為什麼所有的星空竟如此相似?為什麼宇宙在無限擴張的過程中，還能如此完美地存在?
現在，莫斯科的這位39歲的物理學家發展了這個膨脹理論。他認為，一開始，宇宙分裂的各部分膨脹速度各不相同，每部分膨脹時產生了各自的小宇宙。他認為，出現的小宇宙有無限個。有些正迅速生長；有些則像我們所處的宇宙那樣，正在緩慢在擴大。這些差異啟發了他把自己的理論稱為"混沌"膨脹。
他還算出，即使在今天，在時空大爆炸產生世界後，小宇宙還能分離出更微小的部分。這些微小的部分分離出來後又有它自己的膨脹速度。這樣，小宇宙不斷地從時空的構造物中像冒泡一樣地冒出來，永無休止地不斷產生新的小宇宙。所以他得出結論："宇宙-所有大大小小的宇宙的總和-是永恒的。因為總是不斷地出現新的世界。"
他隻用了30分鍾的時間就計算出宇宙在"永恒地混沌膨脹"。他還在美國作了演算表演。他簡練的計算方法引起了人們的興趣，但他的計算方法缺少堅實的數學基礎和物理基礎。
古思與麻省技術工藝研究所和德克薩斯大學的同事們合作，在研究宇宙中"微光區"發生的現象。其特性與前蘇聯物理學家所描述的特別相像。據他們計算，類似通過冒泡膨脹從而創造了我們生活的小宇宙這種現象，現在在浩翰空際的某處發生。他說，從外部看，膨脹中的冒泡空間隻像一個微小的黑洞-一個密度極大的空域。在它周圍，沒有任何一個物體（包括光）可以逃避它的重力場。冒泡最奇特的特性是，它膨脹時，並不把周圍空間擠出去。相反，它在沒有任何東西存在的地方創造出一個新的空間。這樣，它從宇宙中分離出去組成自己的小宇宙，古思的解釋並沒有超出關於小宇宙正不斷地產生的主張。這一點，這兩位科學家的觀點是一致的。
由於"混沌"膨脹理論明顯離奇的特性，使它可以在根本上回答一個科學理論問題-世界的多樣性。例如，為什麼重力強度會這樣大?為什麼世界是四維的-三維空間和一維時間?事實上，據一些理論推算，自然界允許的維數多達26個。如果"混沌"膨脹理論是正確的，那麼，這個問題就可以得到解釋：在其他的小宇宙裏，可能有無數的、我們生活的宇宙中所沒有的自然現象。在這些小宇宙裏，存在著"不同種類的物理現象和不同種類的時空。"但這另一種世界是什麼樣子?：它的生命是由什麼東西組成的?看來，這些問題已經超出我們想象的能力了。
推測宇宙的年齡
天文學家對宇宙的年齡一直在做推測。
我們可以利用存在於宇宙構造中的最為古老的東西來推斷宇宙的年齡。宇宙是一個聚集許多星星的球狀星團，不過這個星團，卻是古老的星星的聚集場所。如果使用赫魯茲休布魯古·拉瑟魯圖（簡稱為H-R圖）的表，則可以推測出其年齡。
所謂的H-R圖，是以星星的光度為縱軸，星星的表麵溫度為橫軸，然後將觀察各個星星的資料繪成圖表。雖然世界上沒有永不消滅的東西。但是，星星卻是唯一永遠存在的東西。因此，聚集宇宙之間的星星，就包括了年輕的星星、中年的星星及老年的星星等。星星為了適應各種的進化階段，都各自擁有固定的光度及表麵溫度，所以在H-R圖上，可以分辨出星星進化時有相關的集團。大多數的星星在Ｈ-Ｒ圖上，都是呈現出帶狀式的排列，而且還有位於主係列的星星。所謂位於主係列的星星，即是中心部由於核融合反應而產生熱能，也就是最普通的星星。
屬於星團的眾多星星在H-R圖上，有時候亦呈現出成串的分布情形。此種分布情形在從主係列開始移動的地方，就可以計算出星星的進化，然後將星星的進化計算，與想象的年齡互相比較，就可以推斷出星團的年齡。經過推斷的結果，星團的年齡大約是125億年，這個年齡，可能被認為是銀河形成的年代。
在天文學中有多少基本定數，這是我們所知曉的。而其中所謂赫質布定數，有待詳細說明之。而各個銀河彼此之間速距差又是多少呢?這可由指標中得。假如，這個定數從以前到現在均不改變的話，即能計算出自宇宙誕生以來到現在為止其膨脹所花費之時間，若考慮赫質布定數之不確定性，即宇宙的年齡當推算為160億乃至於190億年。
物質是由各種元素合成的。假若能推測出元素的年齡，而也就能知道宇宙年齡之大概。例如利用放射性元素的崩潰，可推測存在太陽係中最古老的岩石為46億年前的。宇宙是由元素不斷地合成、分裂所形成的，因此，無法精確地推算元素的年齡。但目前則一般認為是在70億年至180億年之間。
由以上三種不同意義的年齡來看，宇宙的年齡被推測為160億年（±40億年）。
銀河係探究
銀河係即人們俗稱的"天河"。英文名為Ｍilly Ｗay。在希臘神話中，希拉是色摩斯島的守護神，後來她和神宙斯結婚。希臘宗教於是把高掛在夜空中那道蒙蒙的光芒，說成是希拉的乳汁，所以西方人至今仍用Ｍillky Ｗay 這個字，也許它最初的意義代表著天空滋養大地的觀念呢。
我們人類所居住的銀河係，大部分是由扁平的圓盤和中央鼓起的圓狀的核心所構成的。直徑約有10萬光年左右，而圓盤部分的直徑有10萬光年。太陽係則位於距離中心3萬光年的位置上。以前太陽被認為是銀河係的中心，經過後來的觀測才得知正確的位置。
銀河係是由氣體和塵埃凝結而成，自誕生以來，它承載著太陽和地球作過約40次的回轉，而回轉一周約2.5億萬年。它是類似於仙女星係的漩渦狀態星係，同時還有2個小星係在銀河係附近，和無數星團在銀河係的巨大中心內進行旋轉運動。銀河係中集聚著2000億個恒星，太陽即是其中的一個。
銀河係內的恒星，各有不同的年歲，其中有年輕活潑並放出高熱的星球，也有年老、低溫隻發出淡約光芒的星球。此外，在銀河係的周圍還環繞有發光的球狀星團。
銀河按照其形狀可大約分成四類，即漩渦銀河、棒漩渦銀河、橢圓銀河以及不規則銀河等。
漩渦銀河，如仙女座大星雲等即是代表。它看起來像巨大的漩渦，依形態又可分為有臂、無臂等類型。棒漩渦銀河的中心部分有一根棒子橫切過去，又可以棒子的形狀和卷法細分。橢圓銀河，是一個明亮的大花球。不規則銀河，則沒有依照一定方式形成的形狀
探索太陽的內部結構
從太陽核心得到的新證據，極大地動搖了天文學家的基本信念。他們一向認為，太陽是一永恒、穩定的星體。自從50億年前誕生以來，太陽在絕大部分時間裏都穩定地放射出光芒。然而，隨著對太陽內部中微子的深入研究，人們對太陽永恒的觀點產生了懷疑。
中微子是產生於太陽核心的微小粒子，即太陽內部熱核反應的副產品。熱核反應把氫變為氧，並釋放出巨大的太陽能，它維係著地球上所有生物的生命。中微子幾乎是一種虛無縹緲的粒子，既沒有電荷，也沒有質量，即便有也極小極小。中微子能穿越一切物體，而不存在任何有形的或無形的障礙。在地球表麵的每一平方英寸上，每秒鍾就有近2500萬個中微子穿過，其中隻有極少的一部分會與相遇的其他粒子發生作用。
盡管中微子小得難於捉摸，科學家還是設計出了對其作統計、測定、分析的探測儀器。中微子探測器深埋在地下，用於把轟擊地表的其他粒子和某些輻射與中微子隔離開來。世界上第一個中微子探測器設在美國南達科他州得德市的霍姆斯塔克金礦。在一座已廢棄不用的金礦深處，科學家們設置了一個與遊泳池麵積相仿的大槽。槽裏盛滿了通常用作衣物幹洗劑的全氯乙烯溶液。穿越地麵的中微子會與溶液中的氯原子發生作用，產生放射性的氬，盡管這種機會出現的可能性極小。一旦溶液中測出氬原子，就表明溶液曾受到了中微子的撞擊，從而證明了太陽內部正在發生熱核反應。由於中微子的體積比原子更小，它可許能為科學家們研究太陽核心的活動提供線索。
我們已經了解到，太陽表麵的溫度約為6000℃。根據這一數據，天文學家可以推算出太陽內核釋放出的能量，進而估計出地下液槽所能探測到 中微子數量。如果天文學家的推斷是正確的，那末每月應能從探測器中測得大約25個中微子。不過，設在霍姆斯塔克金礦深處的探測器平均每月僅測到8個中微子。這項實驗曾反複進行過多次，但每次的結果都是相同的。這就說明，來自太陽的中微子至少有三分之二"失蹤"了。
為什麼會出現這種不正常的現象呢?是太陽內部發生了變化嗎?有的天文學家提出了一種設想太陽核心的活動提供線索。
我們已經了解到，太陽表麵的溫度約為6000℃。根據這一數據，天文學家可以推算出太陽內核釋放出的能量，進而估計出地下液槽所能探測到 中微子數量。如果天文學家的推斷是正確的，那末每月應能從探測器中測得大約25個中微子。不過，設在霍姆斯塔克金礦深處的探測器平均每月僅測到8個中微子。這項實驗曾反複進行過多次，但每次的結果都是相同的。這就說明，來自太陽的中微子至少有三分之二"失蹤"了。
為什麼會出現這種不正常的現象呢?是太陽內部發生了變化嗎?有的天文學家提出了一種設想，認為太陽內部確實產生了預期數量的中微子，但其中的三分之二在到達地球的中微子探測期之前已經變了形。中微子共有三種形式，現有的探測器隻能測到其中的一種。關於中微子變形的原因，迄今尚無人能作出令人信服的解釋。
天文學家還提出中微子測得數量少於預期數量的另一種可能性，即：太陽核心的實際溫度可能比表麵溫度推算出來的數據低10%。也有天文學家認為，中微子數量的減少，可能是迄今尚未弄清的大量未知離子的相互作用的結果。經常發生在太陽核心內的這種弱相互作用。會使能量擴散，從而降低了核心的平均溫度，減少了中微子的產生數量。如果確實如此的話，太陽就會長期保持穩定狀態，永恒不變了。
但更大的可能性是，太陽確實處於變化中。太陽內部可能已經開始冷卻下來，隻是尚未在表麵顯露出來。但這並不意味著地球生命的養育者--太陽將從此變冷，甚至最終消滅。恰恰相反，核心轉冷，同時釋放出引力能，使核心溫度重新上升；而內核產生的熱量傳遞到表麵後，太陽表麵因溫度上升而稍膨脹，再度導致核心溫度的轉冷。
人們之所以希望太陽成為一個永恒穩定的星球，是出於保持地球安定的良好願望，也是為了避免引起種種令人不安的臆測。設想一下；隻要太陽表麵溫度降2%，人類所在的地球就會重新進入11000年前剛剛結束的冰河期；反之，一旦太陽表麵溫度上升2%，那覆蓋地球兩極的冰冠將會融化成水，同樣會使地球出現桑田滄海的巨變。
太陽究竟會不會熄滅呢?天文學家對太陽內部世界的深入研究，終將會對此做出正確的答案。
地球的起源
關於地球是如何起源的，目前比較通行的理論是在宇宙大爆炸之後，約在距今50億年前，太陽係星雲開始收縮，形成以太陽為中心的太陽係。在約46億年前地球開始形成，剛剛誕生的地球是一個死寂的世界，沒有任何生命跡象。不穩定的地質結構，使地殼不斷發生激烈運動，這時這顆年輕的星球不斷地發生地震、火山噴發，就在這種衝撞和震撼之中，在太陽光線的照射之下，地球完成了從無機界到有機界的自然演變。又過了幾十億年，在地球上開始出現宏觀生命。當地球進化到距今4億年前時，地球已充滿了勃勃生機，不僅海洋裏出現了大量的魚類和貝類，陸地上也出現了行走和爬行的動物昆蟲(包括恐龍的出現)；大約在2億年前，地球上出現哺乳動物；約在五六千萬年前，出現靈長目動物；數百萬年前，出現早期人類。至於地球上的人類和各種動物是自然形成的(大自然產物)還是人造品(外星人造地球和物種)，目前又重新掀起爭論。不過上述模式是天文學家、古生物學家、地質學家、考古學家及曆史學家所共同建造的。是否符合真實還有待進一步探究。
法國博物學家布豐(公元1707～1788年)，除了認為物種可以產生變異外，還認為地球形成是由慧星引起的。他認為慧星落到太陽上(即天文學中所說的"掠日慧星")，把太陽打下一塊碎片，冷卻以後，形成地球。他認為地球不是上帝創造的，而是由於天體運動規律而自然形成的。
布豐曾認為太陽與其他巨型的天體產生過碰撞，在碰撞過程中散落下來的碎塊，冷卻下來以後，形成了地球。這種假設很有意思，隻是沒有說明其他行星及太陽形成的原因。
1920年，英國天文學家阿瑟·斯坦萊·愛丁頓指出：太陽內部的溫度比人們想象的要高得多，從太陽上分離下來的物質(或從其他恒星上掉下來的物質)都很熱，以至於它們尚未來得及冷卻形成行星時，就擴散到宇宙空間了。美國天文學家萊曼·斯皮特澤在1939年作出了令人信服的證明。
1944年，德國科學家卡爾·韋茨薩克重拾"星雲假說"，並將這一理論進一步發展、提高。他認為旋轉的星雲是逐級收縮而形成行星的，首先是第一顆，然後是其他顆依次而成。天文學家們可以把星雲中的電磁作用考慮進去(在拉普拉斯時代，電磁現象還未被發現)，以此解釋角動量是以什麼形式由太陽轉移到行星上去的。
到目前為止，地球是如何形成的，尚未得到一個統一的公認的認識。
但隨著人們認識水平的提高和科技水平的進步，對地球的認識越來越深化。我們在不久的將來，一定會揭開地球之謎。
關於地球年齡的探討
地球究竟已經存在多久?一直是人們感興趣，也是有爭議的問題。1654年，愛爾蘭大主教厄謝爾考證希伯來的經典，居然得出地球是在公元前4004年10月26日上午9時由上帝創造的。對這種毫無科學依據的無稽之談，當時歐洲人竟深信不疑!
現在我們知道，地球是宇宙中物質自然演化的產物。對地球年齡的考察有兩種方法：一是從地球起源時物質開始聚集算起，叫做地球的天文年齡，它與地球起源的假說有關，不同的假說估計出的年齡不同；地球的另一種年齡叫做地質年齡，就是從原始地球形成--地球上開始出現地質現象和地質構造運動算起。地球的地質年齡比天文年齡短得多，探測的方法和證據也比較多。雖然科學家們從不同角度作了許多探索，但至今還沒有十分準確的結果。
早在1715年，就有人科學地用推算海洋中鹽的含量來估計地球年齡，但結果很靠不住。後來英國地質學家赫頓(1726～1979)認為，如果地球表麵高山崛起、河流的形成等自然演化進程始終象人們看到的這麼緩慢，那麼地球的年齡就當然不可能象"聖經"上所說的隻是幾千年，而應該用百萬年作單位來計算。
19世紀至20世紀初，地質學家和物理學家們進行了各種估算地球年齡的嚐試，終因方法本身的嚴重缺點或根據不可靠，而沒有得到可以信賴的結果。
1896年，法國物理學家柏克勒爾(1852～1908)發現了鈾的放射性性質，1906年，又有人發現所有的岩石都含有一定數量的放射性元素。隨著時間的推移，地球上的放射性元素會逐漸減少。放射性元素有規律的減少，便可以用來計算地球的地質年齡，這樣，放射性元素便成了能正確報告地球高壽的"時鍾"。
在地球上已被發現的百餘種元素中，其中有少數幾種總是在自發地不斷放出γ(伽馬)、β(貝塔)和α(阿爾法)等肉眼看不見的射線，最後衰變為穩定的同位素，這種元素就叫做放射性元素。放射性元素的衰變，不受溫度、壓力等普通物理、化學變化的影響。不同的放射性元素各有不同的衰變速度，一般用半衰期來表示，也就是元素原子衰變到隻剩一半所需的時間，例如，鈾238衰變成同位素鉛206的半衰期為45億年，每年衰變90億分之一；銣87衰變為同位素鍶87年半衰期為470億或500億年，每年衰變940億分之一或1000億分之一；鉀40衰變為同位素氬40的半衰期為118億年，每年衰變236億分之一。因此，隻要測定出含鈾岩石中同位素鉛的數量，或者測定出含鉀岩石中鈣、氬同位素數量，或者測定出含銣岩石中鍶同位素的含量，就可以算出該種岩石的年齡。這些方法被分別稱為鈾-鉛法、鉀-氬法、銣-鍶法，此外，還有鉀-鈣法、鈾-釷-鉛法、氦法、碳14方法和新近誕生的釤-釹法等等。
當然，要準確測定放射性元素衰變後同位素的數量，困難是很大的。由於放射性元素衰變的過程極短，有的則很長，很複雜，而且必需知道衰變後的產物是否丟失轉移，因此，測定工作要做得非常精細，要有專門的實驗和特殊的儀器才能進行。
到目前為止，科學家們已經用放射性同位素方法測得了地球上許多古岩石的年齡，各大洲大陸都找到了30億年以上的古老岩石。在格陵蘭西部，用銣-鍶法測得片麻岩的年齡為37～38億年，南極洲的火山岩和結晶片岩拉近40億年，這些就是世界上已知的最古老的岩石。北美洲拉布多北部大西洋沿岸的片麻岩有36.5億年，剛果的微斜長石是35.2億年，前蘇聯科拉半島的黑雲母是34.6億年，美國明尼蘇達州花崗岩和片麻岩有31～33億年等等。1978年，我國科學家用銣-鍶法測得河北省遷西縣大平寨的變質岩有36.7億年，遷西-遵化地區的變質岩也有34.8億年，這是目前在亞洲大陸上找到的最古老的岩石之一。
古老岩石是地球形成初斯的產物，因此，地球的地質年齡應比古老岩石年齡稍長些。經過大量測算和必要的校正，國際上普遍采用45.5億年作為地球的地質年齡。
近年來，科學家測得落到地球上的隕石年齡是44～48億年，宇宙飛船從月球上取回的岩石樣品的年齡是46億年左右，都與地球的地質年齡差不多，說明地球、月球、隕石和其它行星，可能都形成於同一時期。
地球在凝固形成以前經曆過多少歲月?地球的天文年齡有多長?一般認為太陽的年齡大約在50億年以上，太陽和地球等行星組成的銀河係的年齡大約有100億年，河外星係中最老的天體--球狀星團的恒星年齡大約是140億年以上。根據放射性測量推斷，組成地球的元素可能是60億年前就形成了，而組成太陽的元素大約是500億年前就形成的，恒星係生存和演變的總時間大約在2萬億年以上。
謎一般的月亮
皎潔的月亮，綿亙千古，曾經引起古人無窮的遐想與神往。古人留下了許多美麗的神話和詩篇，為它添上了多謎的色彩。如今，雖然人類已經登上了月球，取回了那裏的岩石和土壤，但它在人類的心目中依然是神秘莫測的，月亮與地球人類之間，有許多不解之謎。
月亮是怎樣形成的?這是一個很有趣的問題，幾個世紀以來，不少科學家為了解開這個問題，提出了好多種假說。
有一種假說認為，月亮是在幾十億年以前，當地球還在熔融狀態並且自轉很快的時候，由於太陽引潮力的作用，從地球分出去了一大塊物質，這塊物質逐漸變成了月亮。提出這個假說有什麼根據呢?他們認為，太平洋底部地殼地薄，而且沒有花崗岩層，太平洋就是月亮分出去的地方。
但是後來經過反複的研究證明：熔融狀態的地球根本不可能分出一部分物質。即使月亮是從地球分出去的話，那末在剛分出去的時候，也一定會受到地球的引力作用而產生很大的潮汐，最後還會重新落到地球上來。另外，人們對太平洋底部的研究知道，它和其他海洋的底部結構是一樣的，由洋底沉積的厚度及沉積速度的研究得出，太平洋的年齡隻有1～2億年，遠比月亮年輕。所以很多人都不同意這個觀點。
另一個假說認為，月亮和地球都是同一團彌漫物質形成的。這團彌漫物質大部分形成了地球，小部分形成了月亮。根據這種意見，月亮的年齡應該和地球年齡差不多。在這一點上，和現在的研究基本吻合。因為有用放射性元素含量測定月岩標本，最大的年齡是41億年，與地球年齡46億年很接近。但是月亮和地球的密度卻存在著很大差別，月亮平均密度是每立方厘米5.52克。因此使人無法解釋，為什麼在相同條件下，由同一團彌漫物質形成的天體，卻有這麼大的差別。
還有一種是俘獲假說。俘獲假說認為，月亮原先是太陽係的一顆行星，它的公轉軌道離地球較近。後來，由於月亮上發生了大規模的火山噴發，突然增加的運動速度使它逐漸靠近了地球，最後被地球的引力俘獲，成為自己的一顆忠實衛星。
那麼，為什麼說月亮原先是顆行星呢?因為和太陽係其他的行星、衛星比較，月亮是比較特殊的一顆衛星。大多數衛星的體積都比較小，往往隻有它所圍繞的行星的幾萬分之一或幾十萬分之一，而月亮的體積竟是地球的四十九分之一。月亮的體積和地球的體積相差不懸殊，它們的平均密度不同，兩者的化學組成的比例也不相同，尤其是鐵的含量差別很大，例如，月亮含鐵15%，而地球含鐵接近40%，這表明它們不是在一處形成的，可能是後來才被俘獲的。
1985年，幾十位科學家出席了在夏威夷舉行的討論月亮起源的學術會議。越來越多的科學家對大碰撞模式感興趣。
大碰撞假說是哈特曼和戴維斯首先提出的。他們說，在地球形成後僅1000萬年或2000萬年時候，宇宙間發生了一件星球碰撞事件。一個像火星那樣大的天體，以每小時40000千米的速度成斜角衝擊年輕的地球。這一碰撞，使該天體和地球部分岩石的外層地幔蒸發成氣體，並吹入地球的軌道。這些物質最後重新凝聚成月球。
科學家們對大撞擊模式感興趣，是因為過去用來解釋月球形成的假說似乎越來越站不住腳。而大撞擊假說卻有助於說明月球起源的一些重大奧妙。
萬物生長靠太陽，這是條眾所周知的真理。我們處處可以感受到太陽對生物的影響，生命依賴太陽而生存。然而，近來有些科學家們經過研究認為，月亮對地球的影響遠遠大於太陽，孕育地球生命的力量，來自月球而不僅僅是太陽。
美國太空總署的科學家謝魯皮爾遜博士指出，在地球和月球形成的初期，月球對地球有著極大的影響。當月球接近地球時，月球的引潮力曾使地球表麵的海洋，出現強烈的潮汐起伏。這種起伏所引起的巨大摩擦力，使地球氣溫劇增，導致地心熔化。地心的岩漿在高溫及高牽引力作用下，出現旋轉式的滾動，其結果產生了磁場。這個超巨大的磁場，對地球形成了一個"保護層"，減少了來自太空輻射的侵襲。地球上生物得以生存滋長，全靠這個磁場保護層的庇護。試想，如果沒有這個保護層，來自太空的輻射就會把地球上最初的生命幼苗全部殺死。
一些科學家還認為，地球磁場這個保護層不但庇護著萬物，而且在悄悄地促進植物的生長。日本一家種子公司的科學家，最近做了強磁場對植物生長影響的實驗。他們將豆類的種子放在有強磁場作用的環境裏發牙、生長，其結果是種子發芽速度加快，收獲期提前，產量也有明顯增加。
有一位學者對玉米和豌豆進行了9年的研究，他發現月圓前兩天栽培的玉米比月圓後兩天栽培的長得更大；新月時分栽培的豌豆比平常凋謝得快。有的實驗還證明了，在月光照射下的作物比未經月光照射的作物生長快，而且長得好。
科學家還認為，月亮不僅影響植物的生長發育，還會影響動物的生育行為，但到底月亮是怎樣起作用的?對我們來說還是個未解之謎。
人們很早就知道，月亮對地球的引力，會造成地球上海洋的潮起潮伏。大海有規律地起伏著，就像在進行一呼一吸的生命運動。然而人們並不清楚在海水漲落起伏之時，固體的陸地也會受月亮的影響，作著相應的起伏運動。
1933年，美國海軍觀察站的測量員，發現聖地亞哥和首都華盛頓之間的距離與7年前測定的數據相差了15米。這在講究分毫不差的大地測量學上是一個巨大的數字。後來研究者才發現，月球是把40萬千米下麵的"固體"地球拉了起來，就像是拉起海洋一樣地拉起了地麵，形成了潮汐似的地麵隆起。引力測量儀記錄了地球表麵的起伏達60厘米，月亮拉動地麵就像拉手風琴一樣。這無疑能對已經積累了巨大壓力的地殼中某個部位起了導火索的作用，誘發那裏的地震。
美國科學家發現，在南加裏福尼亞州的一個狹窄地區內，大城震的發生與12小時、半月和18.6年的月球周期密切相關。
我國自1966年以來，在河北平原發生了4次6級以上的大地震，全部發生在初一或十五的前後，並且與附近的塘沽港海潮高潮的時刻相接近。
科學家對燕山地區的1966年4月到1983年8月的地震研究表明，在月亮形狀處於塑、上弦、下弦前後的日子，比其他日期發生餘震的概率要高一些。研究者認為，這個地區地震活動是受到太陽、月亮的引力影響而誘發的。
月亮是怎樣誘發地震?還是一個有待研究的科學之謎。
月球起源探究
月球到底是如何起源的呢?從天文學角度曾有三種假說：①地月兄弟說。即認為月球和地球起源於宇宙形成的同一時期，如果此假說成立，那麼月球和地球的組成元素和年齡都應是相同的；②地月父子說。該學說認為月球是地球在運行過程中甩出去的一部分，如果這個學說成立，那麼月球和地球的成分和結構都應是相同的；③月球被捕獲說。該學說是認為月球是一自然天體，在運行到地球附近時被地球捕獲形成天然衛星。如果該學說成立，那麼月球繞地球運行的軌跡和所有天文參數都應符合天體運行規律。
對科學家們來說，回答月亮起源問題是很不容易的。在"阿波羅號"宇宙飛船把岩石與土壤樣品從月球表麵帶回地球上的實驗室以後，數年期間，尚未有一個解釋月球生成史的學說能取得共識。月亮是不是同它的姐姐--地球在一起長大的?地球是不是同火星一樣，俘獲了一顆過路的小行星?在從前，地球的自轉是不是轉得特別快，以致從自己身上掉下了一塊?一個較好的學說應顧及各方麵證據。有證據表明地球與月亮原是一體。月亮的物理成分同地幔成份極為相似。按其大小與太陽的距離，月亮現有的核心未免太小了。地球與月亮的氧同位素比例是一樣的，意味著它們起源於太陽係的同一區域。但是，月亮上缺少氣態揮發物，如果像地球那樣，揮發物存在於月球內部，那麼月球就會有薄薄一層大氣，可是它卻沒有；另一個困擾科學家的問題是，月球反常轉向自旋，它轉得非常之快，遠遠快於大小、距離與其類似 的行星所應有的速度。
1969年7月，美國阿波羅飛船數次載人登月後，取回大量月球岩石、土壤標本，經化驗後得知的岩石壽命達70億年之久，並有6種元素是地球上所沒有的。這就完全否定了頭兩種月球起源說。
科學家們還發現，月亮是一個異乎尋常的天體，對於自然天體衛星來講，它有出奇的個頭，且有不合常規的運行軌道。月球直徑為地球的1/4，這樣大的自然衛星在宇宙中是沒有的。(太陽係中木衛3號是最大的衛星，它的直徑是木星的1/27)。對於如此之大的月球，地球離它顯得太遠，地球對月球的引力遠遠小於太陽對月球的引力，但月球卻沒有被太陽吸過去而仍留在地球軌道上，這不是很奇怪嗎?如果月球是一顆宇宙中的天然星體，那麼它一進入太陽係就會被碩大無比的木星吸引過去而不會跑到地球身邊。一般天然衛星軌道就是橢圓的，而月球軌道卻是圓形的。