第二章 天文地理学问大
以两倍光速的速度奔跑，有可能目睹宇宙的创始吗？
很抱歉，即使你的速度能达到光速的两倍，你也不得不明白这样一个事实，宇宙大爆炸创造的不仅仅是宇宙的物质，而且还包括了它内部的空间。是什么阻止我们回到宇宙形成之时呢？因为在大爆炸之后宇宙仍然是很小的，大概只有几米的直径。所以即使我们目睹了大爆炸的发生，并试着来到它的外面，我们也进不去，因为其内部空间还没有被创造出来。
宇宙之外没有任何东西吗？
类似的问题有的适合于科学家来解答，有的则适合于哲学家解答。这个问题很大程度上适合由后者来回答。
从学术上讲，“宇宙”就意味着一切，并且不可能有任何其他的东西超出它的范围，所有的东西都是宇宙的一部分。产生这样的疑惑可能是由于我们使用了宇宙这个词汇去描述我们能认知到的一切，事实上我们应该把它更精确地描述为“可见的宇宙”。当然，有很多东西在宇宙之外，可我们看不到，因为没有足够的时间让遥远星体中的光线传播到我们这里。宇宙存在大约有150亿年之久，所以我们能够了解到在150亿光年距离内的任何东西，因为这些星体中的光线可以传播到我们这里。宇宙还没有宽广到足够让在这个距离之外的其他东西中的光线触及我们。
关于我们所能了解的宇宙之外，在某些程度上说还只是猜测。我们能说出它可能是什么样子是因为即使我们看不到它，它也将会对我们产生影响。
爱因斯坦的关于描述地心引力是怎样影响空间本身的“广义相对论”，在很大程度上仍然是描述我们宇宙的最好方式。这暗示了空间或许是无限的，或许是闭合的。如果它是无限的，那它就不可能被包含在任何东西之内，因为它没有边界；如果它是闭合的，它就不会有一个真正的开始或者结束。这在三维立体中很难想象，不过你可以想象自己处于二维平面并且徘徊在一个球体表面附近。你可以后退前进，向左向右，但是你没有任何关于上下的概念。对你而言，除了那个球体的表面就没有什么其他事物了。因此，你就永远只能在这个球体附近徘徊，并且永远也到不了尽头。所以，对我们来说，我们的宇宙就是所有一切。
宇宙膨胀成的空间里究竟有什么？
宇宙膨胀的空间是一片空白吗？如果你带着一个小盒子进入那个空间，打开盒子，然后再盖好带回地球，里面会有东西吗？
实际上，宇宙空间并不是绝对的真空。即使我们可以设法除去星际尘埃等等因素，在量子能级空间内也不是空的——它由移动着的那个明显属于宇宙引力场中的量子场组成。然而场是不能被装起来的，所以你的盒子里不会被装入什么东西。空间也不是我们所理解的真正的“纯距离”，它是我们给包含了所有星系的围绕物（接近真空）和描述宇宙引力场起的名字。仍然有一些问题我们没有充分地理解，所以“天体场”似乎是一个最好的术语。
如果你掉进黑洞中会发生什么事？
首先，你必须明白你再也出不来了。当你刚一接近黑洞时，你根本不会有什么感觉。就像绕地球轨道运行的太空人，你将处于“自由落体”状态，并且你会感觉到失重。但是，一旦你开始接近黑洞那巨大的引力场——大概距黑洞中心80万千米，你会感受到什么是所谓的黑洞潮汐力。如果你进入黑洞时碰巧是脚先下去，你的脚将会比你的头感受到更大的拉力，而你会有被撕扯的感觉。当到你的身体快要发出“砰”的一声这个临界点时，一切将变得更糟，那就是你生命的终点了。
这将很可能发生在你穿过一个被称为黑洞边界的东西的时候。此时你必须要让你的运动速度和光速相等。所有的引力场都有一个脱离速度，在地球，这个速度就是火箭进入太空的速度。一旦你来到了黑洞边界，为了逃离，你需要跑得比光速还要快，而那是不可能的事。因此一旦你到了黑洞边界，如果不能跑得比光还快，就再也出不来了。
到达银河要多久？
其实你绝不可能到达银河。不能到达的原因并不是你会在达到旅程的终点之前就已经死亡，而是这个旅行本身就没有终点。今天最普及的理论是宇宙正在膨胀而且将永远继续膨胀下去，而由于这种膨胀，远方的星系看起来像是以一种非常接近于光速的速度向后退去。所以，以现代技术可能达到的速度（航天飞机的速度大概可以达到2.8万千米/小时）你可能永远也追不到膨胀中宇宙的边界。这是一场你绝不会赢的赛跑。
可以这么说，宇宙实际上是没有可触及的边界的。就像很多观点所指出的，如果宇宙是弯曲的，那么它会自己向后折叠形成一个没有任何边缘的形状，就像地球的表面一样。如果你在地球上沿着一个方向行进，最终你将会回到起点。这用于太空或许也是一样正确的——如果你沿着一个方向行进得足够远，你将回到你出发的地点。即使宇宙没有倾斜到自身向后折叠起来的程度，你仍然不能到达它的边界，因为宇宙是无限的。
让我们忘掉宇宙正在膨胀和宇宙的形状，坐上航天飞机并以14万千米/小时的速度朝向我们所能看到最远的大概100亿光年或者说是95 × 1021千米以外的物体飞去。令人沮丧的是，计算结果将告诉你，你的旅程时间将是75万亿年。当看到这个结果的时候，请记住宇宙的年龄已经远远超过150亿年了。
按照最新的统计数字，宇宙中的星星和地球上的沙子哪边的数量更多呢？
沙子的数量更多。依据哈勃太空望远镜最新得到的图片数据，科学家们证实了一个长久以来的猜测，即宇宙中相当多的星系是地面上的望远镜根本无法观测到的，因此，宇宙中已知的星系总数从100亿增加到500亿也在人们的意料之中。事实上，有人甚至估计星系总量可能会高达1 000亿个。将这个数字再乘以每个星系包含的平均恒星数，从而估算出所有已知宇宙空间中全部恒星数量将约有1020～1022个。
如果沙粒的直径不过几个毫米，那么一个只有几千米长的海滩上的沙子总数也不过1018颗，还是远少于宇宙中恒星的数量。可是如果你要算上地球上全部海滩、沙漠和海底所包含的沙子，所得的数字将远远超过已知宇宙空间中所有恒星数量的总和。
时空旅行能成为现实吗，如何实现？
即使你永远都买不起一部时光穿梭机，想实现时空旅行从技术上来说也不是完全不可能的。这需要一部跑得非常非常快的机器，具体地说，速度需要接近3 × 108米/秒，这个速度能够使你在眨眼间绕着地球跑好几圈。
3 × 108米/秒是光运动的速度，这几乎是宇宙与生俱来的速度极限。有趣的是，当物体加速到接近光速，时间就会变慢。
出于对这个现象的好奇，物理学家曾经设想，如果让双胞胎兄弟或姐妹中的一人乘上星际飞船作太空遨游，而另一个则留在地球上生活，结果会是怎样。那就让我们设想一下这个也许会发生在遥远的未来的故事吧。
假设贝丝和芭比是双胞胎，都是30岁。贝丝是一位宇航员，而芭比则是一个新闻记者。贝丝刚刚接到一项飞行任务，这可能会成为她一生的使命：乘坐宇宙飞船到邻近的一个恒星系统去考察。芭比会为她工作的报社全程报道这次航空旅行。
目的地距离地球96万亿千米，大约10光年的距离。贝丝乘坐的宇宙飞船以光速的90%的速度运行，照此推算，从地球上出发到回到地球需要22年的时间。在这段时间里，芭比结了婚，生了两个孩子，而且头发都变花白了。
但这段时间对于宇航员贝丝来说却是另外一番情景。当宇宙飞船以极快的速度穿梭于星际时，船舱内的钟表悄悄地放慢了脚步。并不是表没电了或是坏掉了，而是时间本身为飞船和飞船上的成员放慢了节奏。
然而飞行员们自己却感觉不到丝毫的变化，对于他们来说，1分钟仍然是1分钟，并没有多出1秒钟。但在贝丝出发之后，飞船上的时间和地球上的相差越来越多了。
成功完成任务之后，宇航员们返回了地球。当飞船进入太阳系时，船舱里的电子钟显示这次太空旅行花了10年时间。当飞船途经冥王星时，贝丝刚好庆祝自己40岁的生日。
贝丝和芭比都知道这种时间变慢的效应会发生，但当两姐妹重逢时，她们仍然很震惊。贝丝是一位40岁的中年女子，而芭比已是迈向老年的52岁的妇人了。两姐妹不再像是双胞胎了。芭比如今已不再年轻，她把这次太空旅行看作是年轻时的回忆。而贝丝则有些茫然：22年过去了，这个世界发生了很大的变化，对于她来说，相当于经过了10年的长途旅行来到了12年后的未来。
这种时空旅行的创意灵感来自于阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论，该理论描述了运动给时间、距离和质量带来的影响，更接近光速的旅行将把宇航员们送到更遥远的未来，比如说1个世纪之后。虽然我们现在仍不能制造出可以如此高速运行的飞行器，但我们仍然能从相对低速的运动物体身上观察到这种效应。科学家们曾在超音速飞机上装上非常精确的时钟，在飞行结束后，他们发现时钟整整慢了1秒钟。
在爱因斯坦的广义相对论中，他预言，随着引力的增加，时间也会变慢。依据这个预言，有人提出这样的设想，也许我们可以利用宇宙中具有极大引力场的天体结构，比如黑洞，帮助年迈的老人重返童年。
如果太阳突然消失，人类多久才能感知？
在大多数剧烈的爆炸中——假设那就是太阳突然消失的原因——任何喷出的微粒将总是比光速慢得多。所以很明显，在黑暗来临之前不会有来自于任何微粒的影响。
直到感觉到太阳的消失前，以光速传播的辐射仍会以红外线形态到达地球，它加热了空气（由于它只不过是低能量的光）。由于红外线的到来并做了这些事，一段时间后我们才感觉到太阳消失的影响。因为存在这个过程，一般认为在地球开始冻结之前太阳已经消失了大约一个星期了。所以在感觉到不同以前，你将会在一段时间内经历完全的黑暗。
太阳走完50亿年时，地球会面临怎样的命运？
太阳在变成红巨星以前还将继续存在大约50亿年。每一颗恒星都有一个确定的寿命，在它生命的终点，当它耗尽了燃料时，它就死亡了。不同的恒星有不同的消亡方式，一些爆炸了，一些变成了黑洞，还有一些则变成了红巨星并逐渐消亡。红巨星是一个不太温暖的巨大恒星，因此它是红色的，而不是浅黄色或白色的（有一点像一根拨火棍在火中被加热成黄色并被慢慢冷却的情况）。当太阳变成一颗红巨星时，它将膨胀得大到可以吞没水星和金星，而可怜的暮年地球将沿着距离太阳表面仅仅几百万千米的轨道运转。这将蒸发掉地球上的空气，使地球不断升温，直至最后没有任何东西可以生存。
如果月球消失了，我们还能生存吗？
事实上，月球正在逐渐离我们远去，不过它的速度不会快到要使我们担心它的程度。每年地月之间的距离会增加3.82厘米——一个很难注意到的变化。
但是如果月球突然间消失了，那就是另一种情况了。首先变化的是由月球引力导致的横跨地球的潮汐运动将不再发生，那将对海上贸易产生严重的影响。
还有人认为地轴的倾斜度是由月球的存在所控制的，如果那种影响力被移走，那么日夜的长短将发生戏剧性的变化，季节的循环也同样会产生变化。毫无疑问，随着月球的离去，我们的生活将不会再像以前一样顺利地继续下去了。
如果大陨石撞击地球会发生什么？
尽管宇宙空间非常空旷，但在太阳系里，仍然有许多高速运行的天体四处乱撞，而且也没有办法控制它们的运动。常见的有冰质的彗星、石质的小行星和流星等，流星往往是从彗星和小行星上脱落下来的碎片。
这些天体有自己奇特的运行轨道。在绕日旋转的过程中，这些天体会穿越地球的轨道，如果这些高速运行的天体来到地球轨道附近时恰逢地球也运动到这里，那么碰撞就在所难免了。
人们甚至可以目睹撞击的景象。1972年，一颗重达1 000吨的大陨石曾经掠过大气层，与地球擦肩而过，有人将整个过程用摄像机记录了下来。
但是在几个世纪前的一次撞击中，我们就没有这么幸运了。1908年7月30日，在俄国西伯利亚的通古斯地区，一颗巨大的火球划破了宁静的晨空，然后在半空中爆炸，瞬间，一片方圆1930平方千米的杉树林被夷为平地。科学家认为，目击者所描述的就是一颗流星或者彗星，它的直径在90米以上，在穿过大气的过程中逐渐破碎。
万幸的是，西伯利亚人烟稀少，只有一位在距离爆炸中心60千米处的商人被烤焦了衣服，浑身黢黑。如果爆炸发生在城市，一场巨大的灾难就难免被载入史册了。不过爆炸带来的危害却不仅限于西伯利亚地区。大爆炸产生了大量尘埃，这些尘埃飘浮在大气层中，随着空气流动蔓延至整个星球，影响了地球上的气候，破坏了臭氧层。
在日常的工作和学习中，我们也许不会多想在地球周围漆黑的宇宙空间里到底发生了什么。但是对于天文学家来说，这就是他们的工作。从1990年起，美国亚利桑那州的天文学家就开始用天文望远镜寻找宇宙中在地球附近徘徊的小行星和流星。就在1991年1月18日，他们发现了一块小行星碎片静悄悄地从地球身边经过。这是一块岩石星体，它与地球之间的最短距离只有16.96万千米。
你可能觉得这个数字并不算小。不过要知道，地球和月亮之间的距离是38.4万千米，所以科学家们认为，这已经是流星与地球的真正的“亲密接触”了。如果它的轨道再稍微偏一点儿，撞在地球上，这块直径8米的岩石爆炸的威力将是轰炸广岛的原子弹的3倍。
据科学家估计，平均每100年就有一个直径约50米的天体坠落在地球上，但事故现场大都是海域或者其他无人居住的地区。
每100万年，就有一颗直径约10千米的天体坠落，它的破坏力相当于100万颗1.3万吨级的TNT炸弹。这样的爆炸即使发生在海域，也足以将大量的尘埃送上天空，遮住太阳，使地球上数月不见天日，随之而来的则是剧烈的气候变化。有人认为，这也许就是6 500万年前导致恐龙灭绝的原因。
为什么天体都是球形的？
天体并不都是标准的球形，它们只是看上去像是球形，或者说几乎是球形的罢了。
地球就是一个两极稍扁的扁球形；木星和土星由于其极高密度的大气，因而其两极看上去更扁。
恒星、行星和其他天体之所以都是球形，而不是正方形或是别的什么奇形怪状的样子，完全是万有引力作用的结果。
任何物体都会对其他物体产生吸引力。依据牛顿定律，万有引力的大小与两个物体间距离的平方成反比，而与物体相互间的位置无关。因而，有限多个不均匀分布的、一样的粒子总是倾向于聚在一起形成球状的团。在行星和恒星形成的过程中，同时还有许多其他力的作用。
假设在宇宙大爆炸后一段时间里，有大量不同的粒子不均匀地分布于宇宙空间中，由此形成了一大片分布不均的物质云，在这片物质云中，粒子彼此吸引，但整体的万有引力却没有达到平衡，就仍有某种扰动力使其旋转。特别地，可能因此而得到一颗伴星，那么两个天体间就有引力相互作用。当然，这其中还涉及电磁学、摩擦和热学等等各方面的复杂问题。
这时，分散的物质云在引力的作用下逐渐聚合在了一起，同时由于其本身的非均一性和某些外力的作用而开始自转，于是便形成了一个大致的（不是完美球形的）旋转天体。它的形状将取决于其自转速度的大小，自转速度越快，其形状就越趋近于扁圆形。此外，这个天体的形状也与其组成物质的密度相关。
假设有一个呈标准球形的台球，在旋转中它会保持自己的外形近乎为球形；但若是一个旋转着的充水气球，则会呈两头扁、中间凸出的扁球形。事实上，天体大都有很大的质量和很高的自转速度，赤道附近的物质很可能会因此被甩离该天体，给它来一次“瘦身运动”。被甩脱的“赘肉”可能会四处分散开来，在某些情况下也可能会通过类似的过程形成一颗球状的卫星。
太空为什么是黑的？
地球上，白天的天空是亮的，这是因为空气分子能够反射阳光，就像一面面小镜子。但是在月球上没有大气层，所以天空一片漆黑，连星光也消失了。同样的道理，宇宙空间本身也是空荡荡的，几乎没有能够将光线反射进我们眼睛里的物质，所以我们看到的宇宙空间也是黑暗的——即使太阳周围也是漆黑一片。
但是关于宇宙的黑暗仍然存在着疑团：宇宙中所有的天体发出的光为什么不能合在一起形成明亮的光？天空为什么会在晚上变黑？
托玛斯·迪奇斯是16世纪的天文学家，他当时也研究了这些问题。他认为宇宙是无限的，宇宙在各个方向上拓展，在这个无尽的空间里，有无数颗恒星。但是按照他的推理，如果宇宙里充满了恒星，天空被星光笼罩，那么夜空将和白天一样明亮。然而事实并不是这样。迪奇斯终其一生都没能解开这个难题。
威尔海姆·奥伯斯（一位19世纪的天文学家）也花了许多年来思考同样的问题，并且关于天空为什么是黑暗的问题被称为“奥伯斯佯缪”。奥伯斯考虑了很多种可能，最后认为原因是宇宙空间里的尘埃：或许我们看不见远处恒星发出的光，是因为宇宙中的尘埃吸收了这些光。
但奥伯斯死后，天文学家们计算了所有恒星发光的总和，结果发现，这个能量足以让挡在半路的所有尘埃升温发光。也就是说，夜空在闪亮的尘埃的照耀下也会变得一片光明。于是，问题又回到了起点。
显然，事实是夜晚被黑暗笼罩。一定是这个理论有问题。关键是，问题出在哪里？迪奇斯、奥伯斯和其他天文学家都认为在无限大的宇宙中有无数颗恒星。但事实上，他们错了。
美国马萨诸塞大学的爱德华·哈里森在他《夜的黑：宇宙之谜》一书中写道：宇宙中的恒星数量并不足以覆盖整个天空，所以夜空是黑的，其实宇宙本身也不是无限大的。
借助于强大的太空望远镜，我们几乎可以看到最远的恒星。光从遥远的恒星传播到地球上需要几百万年，所以当我们遥望夜空深处时，就是在回顾历史。最强大的天文望远能帮助我们看到某颗在100亿年前发出光的恒星。
宇宙的历史只有150亿年，天文望远镜越发达，我们就能看见越远的恒星，也就是越远古时期的景象。埃德加·爱伦·坡受到这个理论的启发，写下了许多带有恐怖和超自然色彩的小说、诗歌，其中有《渡鸦》、《告密的心脏》等。1848年，爱伦·坡在《我得之矣：一首散文诗》中写道：在漆黑的夜空深处，我们看到了宇宙诞生前的虚无。
按照哈里森的理论，爱伦·坡的诗刻画了一个真实的宇宙。就像他诗中写的“穿过群星，我们看到了宇宙的源头。”
外太空有其他生命吗？
如果你的意思是说具有智慧的生命，那结果可能是没有。当然这种说法还没有确切的证据。不过，任何天文学家都将不得不非常勇敢地站出来说地球是宇宙中已知的唯一一个有生命迹象的行星，但也会有很多人争辩说有其他智慧生命散布在我们存在的银河系中。
假设我们所谈论的是类似于人类的生命，那么，为了生存它需要些什么？首先，它需要一个很长的稳定时期来由微生物进化成复杂的动物和植物。那么首要条件就是有一个稳定的太阳。这就直接排除了银河系里2 000亿恒星中的90%——它们不是太冷且虚弱，就是太热且短命。
另一个生命存活的要素是要有液体存在——最有可能的是水，且必须是液态，因为只有在液态的情况下，化合物分子才能结合得更彻底，从而形成更复杂的分子结构。这为生命存在的必要条件带来了一个更为严格的限制，因为虽然水分子广泛地散布在宇宙中，但水仅在一个很小的温度和压力范围内是液态的（在地球的温度和压力下是0～100摄氏度）。所以在一个行星上液态水的存在将需要一个坚固的大气层，以及一个稳定的围绕着恒星旋转的轨道，并且它和这个恒星之间的距离应大致与地球和太阳之间的距离相当。这就是为什么没有生命存在于火星和水星上的原因——它们不是太热就是太冷。
仅这两个必要条件就排除了任何一个我们所知的太阳系里的其他行星，但是记住，还有更多的星系是很难被发现的。因此我们才可以说，在银河系中地球是唯一一个有如此完美的环境供我们这样的生命繁衍的行星。有相似的星球存在的可能性真的是非常小。
如果航天飞机任务因故延长，补给用的空气从何而来？
在迄今为止的航天飞行任务中，宇航员呼吸用的空气成分——氧气和氮气都是装在气罐里带上天的。然而，已经有这样一项计划，即当空间站建成时，将在上面安装设备，以便从船员呼出的二氧化碳中制取氧气。
与此同时，在NASA（美国国家航空航天局）的约翰逊宇航中心里，科学家们正在进行一项空气和水循环利用技术的测试。他们把招募来的志愿者送进一间密封舱中，仅提供有限的空气和水以测试这项技术。科学家们利用机械和化学等手段循环利用舱内包括尿液在内的全部水和空气。在NASA过去的研究中还包括利用小麦循环产生氧气的研究。到1997年，科学家们利用植物和（或）生物化学循环制氧技术，已经进行了连续运行60天和90天的实验测试。
在NASA的位于阿拉巴马州亨茨维尔市的马歇尔航天飞行中心，科学家们曾设计出一套用于空间站的生命支持系统，利用集中器回收二氧化碳。在一个二氧化碳减量装置里，纯度达95%的二氧化碳在氢气中燃烧，生成水以及包括碳和甲烷在内的其他一些无用物质。反应生成的水可用来当作空间站里的饮用水。
而卫生清洁系统中比较脏的水则被送入氧气发生器中，被电解装置分解成氧和氢，氧气被送回舱中供船员呼吸之用，结束循环。氢气则被用于推进系统，用来维持空间站以恰当的姿态运行，并且将空间站送入合适的轨道。
每人每天大约要消耗0.73千克的氧气。在以前的宇宙航行中，人们回收二氧化碳却不对其加以循环利用。
最初，前苏联用一种多步骤化学回收系统获取氧气，供航天飞行因故延时之用。不过现在当然是转而使用类似电解的过程来制取氧气了，所需电解的水由“进步号”宇宙飞船负责输送补给。美国的航天飞船上的空气补给也是一样。
宇航服有哪些特别之处？
美国宇航员身着的宇航服是由数层超强纤维和其他材料制成的，它有足够的牢固度，以保证不会在真空的宇宙中破裂。
这9～10层的保护层包括各种材料和织物层，如直纤维（一种结合了凯芙拉纤维防断保护的特富龙纤维）、由涤纶平纹织物加固强化的镀铝迈拉薄膜层、覆有氯丁橡胶的尼龙织物层、涤纶织物、覆有聚氨酯的尼龙织物层、聚氨酯浸渍薄膜、多纤维丝伸展尼龙、内含水冷剂的乙烯-醋酸乙烯管，以及为宇航员穿着舒适而设计的尼龙薄绸衬里。
但是宇航服防护的主要目标并非真空拉力，更直接的威胁其实源自于宇航服密封失效和温度的剧烈变化：微小陨石的撞击破坏会在宇航服上击出小孔，造成内压外泄；宇航员处于地球朝向太阳的一面时宇航服表面温度会急剧升高，相反处于背向太阳的一面时温度则会急剧下降。
宇航服内的生命支持系统为宇航员提供呼吸用的空气并维持温度控制系统的稳定，后背上的背包则用来为生命维持系统提供所需的压力。
太空中是否有很多垃圾？
因为大量人造物体的逐渐增加，事实上太空正变得相当拥挤，并且由于这些东西互相碰撞而造成了更多的碎片。
做一个估测，假定太空中有7 000个大型的物体，大约位于500～900千米高的位置上。其中2 000个是仪表装置，但仅有大约5%在运行。还有4万个小块和碎片是碰撞的产物或是火箭分解后的残留物。还要加上大约300万的微粒，可能是剥离的涂料或是尘埃，其中的一些可能会以28.8万千米/小时——足以使国际空间站的窗子出现裂纹的速度——前进。
在太空中宇航员怎么称体重呢？
如果告诉你他们是通过摆动来做到这一点的，你会说是在骗你，但这是真的。你要明白：体重对于身体来说是一种将其吸引到地球的力量。如果你将他带到没有地心引力的外太空，那么他确实什么也称不到。但是他们仍然有质量，因为质量是一个物体所包含的物质的数值的量度。当然，重力和质量是相关的：重力是质量和重力加速度的乘积，因此吸引产生的力越大，重量越大，而质量则没有改变。
在太空中称质量你必须使用一个靠地心引力独立工作的仪器——惯性秤。记住，你的惯性也是衡量你质量的一种方式，即你的“质量”越大，你移动起来就会越困难。所以宇航员将他们自己用皮带绑在摆动的仪器上，利用轻微向前向后摆动的惯性秤可以计算出需要多少力才能让他们动起来。由此，宇航员的质量就可以计算出来，并且也可以推算出他在地球上的重量。
在外太空点蜡烛，会发生什么事？
19世纪伟大的科学家迈克尔·法拉第说过：“让你能进入自然科学殿堂的大门不会比思考一根蜡烛的理论更多。”
你也许会在太空船中而不是在太空里做这个试验。在地球上，蜡烛火焰的漂亮形状是由蜡在氧气存在的情况下燃烧形成的，空气中还包括二氧化碳和水。这些物质从火焰中升起，而空气中的氧气被吸引来替代它们——那就是给予火焰形状的东西。
在太空船中，火焰处于微重力之下，热空气不会升起，而底下的新鲜氧气也不会产生。这样的结果将是一个不会持续很久的奇妙的蓝色火焰，因为蜡无法在没有氧气的情况下燃烧。
在太空中受精、怀孕、出生和死亡与在地球上会有什么不同？
事实上，按照太空专家的理论，人的尸体在冰冷的、真空的宇宙中会被冻干。人体内的水分会冻结成冰，最终消散在广袤的宇宙空间中。
冰可以不融化成水而直接升华成水蒸气；又因为太空中不存在氧气，尸体不会腐烂，尸体上也几乎看不到微生物分解的迹象。所有的一切就好像把人体深度冷藏了一样。不过，也没人知道冻干一具尸体到底要花多长时间。人在宇航服内死亡之后的情况也是如此，只不过冻干的过程要更长一些。
至于说到在太空中孕育新生命，交配、怀孕和分娩是三个不相关联的问题，随后幼体的成长也是另一个问题。到目前为止，人类尚未在太空中对任何一种哺乳动物进行过完整的生育试验。在这样的试验中包含有太多的未知因素。比如说，科学家们就不确定人类受孕过程是否必须在有重力的环境下进行。
在太空中，特别是在太空的深处，辐射强度要大大高于地球。所以除非有良好的防辐射措施，否则新生儿罹患先天性生理缺陷的几率要大大增高。目前，美国国家航空航天局正试图建造类似的防辐射设备。
胎儿早期发育又是另一大问题，因为大多数物种身体左右对称以及头足生长差异都与重力有关。
在前苏联的一次太空试验中，怀孕的母老鼠产下的幼仔均表现正常。但是这批老鼠早在被送入太空之前就已经受孕，在太空中飞行一段时间后再返回地球分娩，因而研究的结果并不具有决定性的意义。
人体还会在太空飞行的过程中出现一系列的生理问题。从理论上说，诸如骨骼中钙质的流失、激素与体液的分解和失重状态下肌肉萎缩等现象都会影响到正常的受孕过程。
生物学发展中遇到的以上所有问题，都是在空间站上长期工作居住的宇航员需要加以观察的目标。
如果在怀孕的最后几周中胎儿不像在地球上那样顺着产道下降，那么在太空中分娩可能要花费更长的时间。但是整个分娩过程应该和在地球上差不多，因为分娩时肌肉收缩并不受地球重力的影响。
火星为什么是红色的？
想在星空中找到火星通常是很容易的，因为夜晚的星星大多是发白光的，而火星却是红色的。
在“海盗号”宇宙飞船登陆车1976年发回的照片中，火星上的环境看起来有点像美国亚利桑那州：地面遍布岩石，巨石高耸，沙丘连绵，平顶高地与橙红色的天空相接。即使是在夏日的清晨，水雾和二氧化碳“雪”也可以将红色的岩石装扮得银装素裹。
火星上的土壤中含有大量的氧化铁矿物，这些物质反射太阳光中橙红色的部分，所以火星看起来是红色的。也就是说，火星的土壤中含有大量的铁锈。观察一下生锈的铁锅，火星就是这个颜色了！
风把尘土散播开来，为火星表面原本暗灰色的火山岩盖上一层铁锈。沙尘暴会把更多的土扬到空中。有时沙尘暴肆虐，整个星球笼罩在弥漫的红色沙尘中。即使没有风，空气中仍然有红色尘土漂浮，将天空染成粉色。
这颗红色的行星与我们居住的地球还有很多不同之处。它比地球小很多，大概只有地球的一半大。由于火星质量小，它的重力也小，大约只有地球上的1/3，也就是说，一个60千克重的人到了火星上就只有20千克重了。
火星的空气非常稀薄，密度只有地球上空气的1%。我们地球上的空气主要由氧气和氮气组成，火星大气的主要成分则是二氧化碳。
和地球一样，火星上也有季节变化。在冬季的夜晚，最低气温可以达到-140摄氏度；而在夏日的午后，最高气温可达20摄氏度。在寒冷的冬日清晨，二氧化碳气体会在空气中凝固，形成浓重的冰雾。
地球上有大峡谷，火星上也有峡谷（“水手号”宇宙飞船发现的火星峡谷），这是太阳系最大的峡谷了，延伸了3 000多千米（如果这条大峡谷是位于美国境内的，那么它足可以横穿美国大陆，从太平洋直通大西洋）。如果向峡谷里扔块石子，石子将会坠落4～6千米。
地球上有珠穆朗玛峰，火星上有奥林匹斯山，其海拔近24 000米。这座壮观的火山的高度约为珠穆朗玛峰的3倍，山峰的巨大基部可以覆盖整个密苏里州。
尽管今天的火星上的景象看起来与地球截然不同，但它曾经是太阳系中与地球环境最接近的行星。从图片上可以看到火星表面纵横交错的干枯河床，所以天文学家认为在这个荒凉沙漠星球上曾经有过河流，河水冲刷地面，形成了今天图片上看到的沟槽。
水在火星表面流淌了很久，也许是20亿年，然后慢慢地，一部分水渗入了土壤中，还有些封冻在地下深处的永久冻层中，而大部分水分则储存在北极附近的冰盖中（火星的南极主要是冰冻二氧化碳）。
那么，火星上的液态水又为什么消失了呢？有人认为是由于火星上的万有引力小，不足以维持原有大气。随着大气逐渐变得稀薄，大气压也随之降低，结果加速了地表水分的蒸发，然后散失到宇宙中去了。
天文学家还猜想，很久之前，当火星上的空气还比较稠密的时候，可能还含有氧气，依据就是尘土中的铁锈——铁在遇到氧气的时候发生化学反应生成的。既然火星上布满了红色的铁锈，这就说明火星上曾经的大气与今天完全不同，甚至有可能是可供人类呼吸的空气。
我们的地球为什么是倾斜的？
如果你能有幸看到地球绕太阳旋转的情形，你一定会觉得我们地球的姿势实在是不优雅。因为地球在公转的同时自转，自转轴与公转平面并不是垂直关系，而是有23.5°的倾角，就像狂风中的帆船直不起腰。天文学家认为，46亿年前的宇宙大爆炸造就了太阳系，同样是这次破坏性的爆炸塑造了地球今天的形貌。
太阳、地球和其他七大行星的共同祖先原本是宇宙中旋转着的气体和尘埃云团。无数运动的物质颗粒碰撞后黏附在一起，物质团越长越大形成小星球，小星球之间又在相撞后合二为一，直到一颗行星大小的星球诞生。我们的地球也是这样形成的（地球的卫星可能是在地球还处在红热状态下时，某个较大体积的星体撞在地球上形成的）。按照克拉克·查普曼（美国亚利桑那州的图森行星科学研究所的一位研究员）的理论，在形成过程中，地球经受了无数次的冲撞，但最后一次强冲撞最终确定了地球今天的位置和姿势。
这个倾斜的角度却使地球上的生活变得多姿多彩：北半球的枫叶在深秋变成红色；孩子们在酷暑时节跳进池塘戏水；在严冬有时白雪皑皑……总之，地球的倾斜带来了四季的变化。
由于地轴与公转轴之间有夹角，所以一年当中，北极有半年时间倾斜朝向太阳，另外半年倾斜远离太阳。在北半球，当北极倾向太阳时，人们会获得更多的光和热；而当北极远离太阳时，天气就会变冷，夜晚也更漫长。南半球刚好相反，当波士顿时值严冬之际，巴西的圣保罗正沐浴在夏日的阳光中。
如果没有这个倾角，四季几乎会消失。因为地球公转轨道不是正圆形，所以一年当中与太阳之间的距离也是不断变化的。当地球离太阳近些时，温度就高些；距离远些，温度则会低些。但这毕竟是微小的变化，与四季的变迁相比，这些变化几乎可以忽略不计。如果不是这个倾角，我们的语言里大概就不会有“春”、“夏”、“秋”、“冬”这四个字吧？
科学家认为，是最后的一次强撞击最终确定了地球的倾斜角度。
其他星球上会下雨吗？
地球上下雨不是什么稀罕事，我们经常会看到乌云密布，暴雨倾盆。在太阳系的其他行星上也有云团和风暴，但是这些云团却不是由水蒸气组成的，而是其他的化学物质或混合物。每颗行星都有其独特的大气和天气。
水星是距离太阳最近的行星，是一个火山密布、干旱荒凉的世界，白昼温度可以高达400摄氏度，这里的大气很稀薄，甚至难以察觉。水星上没有云，也没有雨。
金星是我们的近邻，有厚厚的云层，还有穿过云层的闪电。由于厚厚的云层包裹了整个星球，挡住了我们的视线，科学家们曾经猜想云层之下的金星或许是一个潮湿、多沼泽、丛林密布的世界。不过现在我们知道，我们的姐妹行星是一个岩石质的星球，正午温度高达480摄氏度。
金星上有真正的“酸雨”。黄色的云团不是水分组成的，而是硫酸。下“雨”的时候，酸液滴从云层中掉下来，但是在480摄氏度的环境中，液滴还没有落到地面上就蒸发掉了。
火星，离太阳第四近的行星，是人类迄今为止发现的与地球最相似的行星。今天的火星上覆盖着稀薄的大气层。从“海盗号”火星宇宙飞船送回的照片上看，火星的表面与美国西南部的沙漠地区很相似。在火星上的冬季，二氧化碳组成的云团飘在红色的平原上，岩石上有霜层覆盖。早上，山谷里会漂浮着薄雾。雾是火星上与雨最接近的天气现象。
在火星上可以找到类似于河床的痕迹。科学家们猜测，这里曾经有河流，但现在干枯了。他们认为，几十亿年前火星上有很厚的大气层，雨水可能很充足。今天，这些水部分储存在了火星极地地区的冰盖里，或是岩石和土壤里。
离太阳第五近的行星——木星，与金星截然不同。木星是一个不停旋转的气体球，主要由氢气和氦气组成。在木星的中心，也许存在一个固体核，淹没在氢气海洋之中。木星的周围环绕着彩云带。有些云团可能是由水汽组成的，但大部分云团不是，它们很可能是由带有刺激性气味的氨冰组成的。有些行星专家认为木星上会有风暴，而且有时很猛烈。木星上的雨滴（或雪花）可能是由氨晶体形成的，但是在落到木星表面的氢气海洋上之前，这些冰晶就会液化，然后蒸发到空气中。
土星是太阳系中另一个巨大的气体星球。土星上的环境与木星的很相似。“旅行者号”行星探测器曾在土星赤道附近发现一次绵延5.6万千米的雷暴天气。
天王星也是一个气体星球，它的表面也覆盖着厚厚的云层。有些云团的主要成分是甲烷，看起来很像是地球上雷雨云的放大版本。这些云团耸立在天王星的上空，形状像铁匠使用的铁砧。天文学家说，液态甲烷滴会从云层中掉落下来，但在降落的过程中就蒸发了。
遥远而神秘的海王星也是由气体组成的。海王星的云层由甲烷冰组成，但科学家们对这里的天气状况却几乎一无所知。
然而人类寻找天气现象的目光并不只限于这八大行星。泰坦是土星的最大一颗卫星，有时，甲烷雪花会从红色的云层中飘下来，落在由甲烷或氮气组成的海洋里。这里有时甚至会下冰冻汽油。
为什么旋转的地球从不减速，更不会停下来？
地球生来就是旋转的。科学家推测，地球和太阳系的其他7颗行星都来自于约46亿年前的一个旋转的气体和尘埃云团。云团里的物质颗粒自己也不停地旋转，相互黏附在一起，最后形成体积较大的天体。
今天，各行星绕太阳公转的方向依然与初始的云团旋转的方向一致。小行星，也就是行星和卫星形成之后留下的岩石天体，在围绕太阳公转的同时也在不停地自转。一些体积较大的小行星需要5～8个小时才能自转一周。
我们的地球自转一周的时间大约为24小时。据此，一位美国天文学家威廉·哈特曼（亚利桑那州的图森行星科学研究所的研究员）推算出地球赤道上的自转速度约为1 600千米/小时。
地球自西向东转。于是各个国家都将卫星的发射地点选在赤道附近（比如美国的佛罗里达州），而且总是朝着东方发射，这样，卫星在发射前就具有1 600千米/小时的初速度。
问题是，地球的自转速度为什么不加快也不减慢呢？实际上，地球的自转速度是在变化的。地球形成初期，它的旋转速度比现在快得多，据科学家估计，那时候地球赤道附近的自转速度大约为6 400千米/小时，也就是说，那时的一天只有6个小时（如果那时候地球上有人类存在的话，那他们将会在日出3小时之后看到日落，然后是只有3个小时的夜晚，估计只够打个瞌睡用的）。
那时月球距离地球也比现在近得多。几亿年来，月球离我们越来越远。月球的万有引力作用在地球的海洋上形成了潮汐现象。海浪的波动使地球自转减速，据估计，每过100年，一天的时间就加长半分钟。
为什么地球没有像土星环那样的环呢？
土星并不是唯一一个有环的行星：木星、天王星和海王星也有，不过和土星环不同的是，它们的环在地球上看不见。在太空船“旅行者1号”和“旅行者2号”探索之后，我们才知道了它们的存在。有趣的是，这些环都是被称为气体巨星的外行星所有的，而且天文学家们现在相信所有环绕这些外行星的环都有一个相同的形成过程。关于它的形成过程有两种推测：第一种推测认为环是由靠近行星的小行星碰撞所产生的石块和尘埃组成的，即土星和其卫星的引力将石块和尘埃捕捉成为我们现在所看到的环状物。第二种推测指出，当这些行星由微粒和气体云形成时，不是所有的微粒和气体都被行星所采集。换句话说，环只不过就是行星形成时的残留物。现在如果天文学家们可以查出行星环中岩石的年龄，他们就可能证明哪种推测是正确的。大部分人都相信第一种猜测是正确的，因为木星、天王星、海王星的环都是那么暗淡。他们认为土星环是仅有的亮环，因为它们是“最近”（在天文学的术语里，“最近”意味着是几百万年以前）由于流星的碰撞而形成的。其他行星的环没有那么明亮是因为他们形成的时间较长，而且大部分环中的块状物已经被吸进了行星里。
为什么地球没有环呢？要形成行星环首先需要材料来源，而且这些材料必须不能太远，不能超过行星半径3倍。关于木星，看起来它的尘环似乎是由流星碰撞到距木星很近的卫星上，由爆炸所产生的碎片组成的。
另一个需要考虑的因素是太阳风的能量。太阳风是太阳向外释放的能量不断流动所形成的能量风。由于我们距离太阳较近，因此与其他距离太阳远的行星相比，太阳的能量风对地球的影响要更强烈。它会轻易地卷走任何试图绕着地球运转的小微粒。
即使地球拥有了提供环的材料来源，它们也将会相当灰暗，因为任何明亮的冰块（土星环的主要构成物）都会被太阳的热量所蒸发。它们不会持续很久的另一个可能的原因是日潮和月潮是相当强的，最后一定会将环的体系打乱。如果我们可以捕获一颗小行星并且使它在适当距离的轨道上解体，地球可能在短时期内拥有环，但这显然不会持续很久。
为什么冥王星会从行星降格为矮行星？
冥王星是太阳系中距离太阳最远的天体，曾一度被认为是太阳系的第九大行星。它的体积很小，距离我们又很远，所以我们对冥王星的了解并不是很多。冥王星的表面可能主要由氮冰构成，绕日公转周期约为248个地球年。在冥王星上永恒的暮色中，太阳看起来就像是一颗比较明亮的普通恒星。站在冥王星上，你绝对不会感觉到太阳与其他普通的恒星有什么差别。
不过，有时冥王星与太阳之间的距离比它的近邻海王星还要近，也就是说，有些时候海王星才是距离太阳最远的行星。1979年，冥王星穿越了海王星的轨道，这就好像一辆车从另一辆车眼前斜插过去。
其实，早在几十年前，科学家就发现，冥王星的轨道与太阳系中其他行星的轨道不同，其余8个行星的轨道几乎在同一平面内，类似于以太阳为中心的一系列同心圆（事实上没有任何一条轨道是正圆）。而冥王星的轨道平面则明显与其他八个行星的不重合，于是在绕日旋转的同时就免不了跨越海王星的轨道，所以它时而在八大行星的头上，时而又沉到它们的脚下。
后来，越来越多的天文学家开始重新思考冥王星的身份问题，它们觉得将冥王星划分为行星似乎有些不妥。原因是冥王星的体积太小。我们知道太阳系的前四大行星——水星、金星、火星和地球——都是体积较小的石质星球，接下来的四颗行星——木星、土星、天王星和海王星——是体积庞大的气体星球。冥王星的体积与月球差不多大，与外太阳系的大个头的邻居们相比，这个尺寸就更小得离谱。冥王星的卫星卡戎的体积大约是冥王星的一半，从这个尺寸来看，卡戎更像是冥王星的姊妹星，而不是卫星。
所以质疑的观点认为，冥王星和卡戎不属于九大行星体系。冥王星是类似于行星的星体，但却不是行星。冥王星和卡戎都是外太阳系边缘许许多多的准行星中的成员。还有些天文学家认为在冥王星和卡戎之外还有成千上万的“冥王星”。
2006年8月24日，国际天文学联合会通过决议，将冥王星降格为“矮行星”，而其他许多同类的星体也被命名为“矮行星”。这些星体距离我们非常遥远，而且是黑暗的，所以很难被发现，它们都在外太阳系很远的地方绕日旋转。
月球是从哪里来的？
我们通常认为月球是唯一的。实际上我们看到的月球只是宇宙中成千上万颗“月球”之一。我们知道地球绕着太阳转，而月球又绕着地球转。月球是地球的卫星，也就是说，月球是地球公转旅途中的伴侣。
火星有两颗小卫星，就像旋转着的小土豆。木星至少有16颗卫星，土星至少17颗，天王星的卫星可能不止15颗，海王星有8颗。太阳系中，只有水星和金星没有卫星。
与我们熟悉的月球不同的是，许多外太阳系的卫星表面不是干燥坚硬的石头，而是液态冰。木卫二的表面像桌球一样光滑，人完全可以在上面溜冰。
所有卫星，包括我们的月球在内，都是在40多亿年前与众多行星同时形成的。它们都来自太阳星云——一个围绕着初生的太阳的巨大的气体和尘埃云团。在接下来的几百万年里，旋转中的云团里的物质相互碰撞并黏附在一起，形成越来越大的天体，最终出现了围绕着太阳旋转的大大小小的天体。
这么多物体在太阳周围高速穿梭，碰撞事件频繁发生。新生的行星碰撞在一起，撞出的大碎片又飞溅到太空中。整个过程持续了几百万年。当所有的天体都找到合适自己的位置之后，太阳系便诞生了：八大行星以及50多颗卫星、成千上万颗小行星、流星和彗星围绕着太阳公转。
月球的诞生可能是一个剧烈的过程。天文学家们通过仔细研究月球上的岩石，并将其与地球上的岩石比较，可以对月亮的形成过程做出一些猜测。在40多亿年前，年轻的地球还很热，事实上，这时地球的表面还是熔岩（类似今天火山口喷出的岩浆）。在地球附近，可能有一颗较小的行星或是较大的小行星，它与地球相向而行，注定了一场剧烈的碰撞。这颗较小的星球大概以4万千米/小时的速度冲向地球，两个星球表面都是岩浆，这场冲撞引发了大爆炸。溅起的物质中，一部分回到地球，与液体熔岩表面重新融合，于是这个外来天体成为我们今天脚下的地球的一部分。而溅出去的部分则最终形成了月球。
月球不会掉到地球上来吧？
如果你在北半球看月亮，它确实是在下落，但其实它是在向左运动。在它落下的每一段距离，它也是在向“左” 运动从而避免撞上地球。所以，在向左移动的同时它也在持续下落，直到回到开始的地方。这就是月球的一个公转周期。所以月球实际上是处于自由下落中的，并且保持不碰上地球。
为什么月球、水星和金星表面上遍布陨坑？
随着年龄的增长，组织和细胞的老化，老年人的脸上都会留下岁月的印记：微笑和皱眉都会在眼角和嘴角刻下皱纹，日晒会形成斑点，水痘和痤疮则会导致麻点……
46亿岁高龄的行星和卫星的脸上自然也少不了各种印记。大陆板块互相挤压，形成山脉；火山爆发，喷出灼热岩浆，随后岩浆冷却，又变成固体岩石。如果这些星球上有大气，风吹雨淋也会改变地貌。
还有很多更剧烈的因素可以塑造行星和卫星的表面，比如小行星、彗星和陨星的冲撞。它们从宇宙空间里呼啸而来，会狠狠地撞在星球表面上。这种直接的冲撞会形成“撞击陨坑”。
直接撞击会严重破坏星球表面。比如，一个直径30米的陨石以54 400千米/小时的速度与地球相撞，产生的能量相当于400万吨炸药或者好几颗核弹爆炸放出的能量。
大约2.5万年前，就有一块这样的陨石突然落在美国亚利桑那州，至今，在温斯洛镇附近仍可以看到撞击的遗迹，一个撞击陨坑——巴林杰陨坑。陨坑位于沙漠中，大约200米深，陨坑口的边缘高出地面。在陨坑的周围散落着冲撞溅出的物质。
在陨星或类似物体撞击行星和卫星固体表面瞬间，发生碰撞的部位就会有残片被溅射起来，而且残片的运动速度极快。与此同时，星球表面的岩石被压扁，冲击波在周围岩石中迅速传播。如果陨石的体积较大，冲击波还会使岩石开裂甚至崩裂。如果陨石体积非常大，那么岩石很可能会在因碰撞产生的热量作用下熔化。
由于碰撞产生热量，受压岩石受热膨胀，自己也会裂开来。岩石碎片从火山口里喷射出来，散落在周围，给地面覆盖上一层厚厚的碎石（在大陨石坑附近就有碎石层）。整个爆炸性过程持续了大约1分钟。
随着时间的推移，陨坑的形状会发生变化。坑壁可能会坍塌；风吹雨淋会侵蚀陨坑，陨坑中央被填入碎石和沙粒；地下深处的岩浆会沿着岩石的缝隙涌上地表，填充陨坑，然后凝固。
目前地球上已经发现二百多个陨坑。当然，在46亿年的历史长河中，袭击过地球的外星来客远不止这些，但是它们留下的痕迹却由于侵蚀、岩浆等作用消失得无影无踪。
但是月球上没有风和雨，因为那里根本就没有大气。虽然月球上也曾经有过火山爆发，但与地球上的环境相比，那里仍然平静得多。所以宇宙空间来的陨石撞击月球留下的痕迹可以保留很久，有些甚至已经有40亿年的历史。这些痕迹大小不一，大的有960千米宽，小的甚至只有图钉帽那么大（这些小坑是由一些很小的陨石撞击形成的）。
月球离我们的距离会变化吗？
月球与地球之间的距离为36.2万～40.3万千米，这个距离是时刻变化的，因为月球绕地球运动的轨迹不是正圆形，而是椭圆形，有点像鸡蛋的形状。
其实，月球正在慢慢地远离我们，大约每年3.8厘米，几万年之后，地球上的人们看到的月球将比今天的小。也许有一天，月球会彻底离开地球，但这种情况发生的可能性不大，因为月亮与地球之间的引力作用会平衡二者之间的距离。
任何运动的物体都有维持直线运动的趋势，这种性质叫做惯性，所以，做圆周运动的物体总有逃逸的趋势，也就是离开圆形轨道向着切线方向笔直地飞出去，就好像有力朝向远离圆心的方向拉着它，这个力就叫做离心力。如果你在游乐场里玩过快速旋转的电动玩具，或者坐过急转弯的汽车，你就会有体会了。围着地球转的月亮也有远离地球的趋势，但它受到的离心力刚好与地球对它的万有引力相平衡，所以它一直待在轨道上。
现在，月球围绕地球公转一周需要27天。但是28亿年前，当月亮离地球比现在近得多时，它绕地球转一周只需要17天。位于美国亚利桑那州的图森行星科学研究所的一位研究员克拉克·查普曼认为，月球与地球之间的距离曾经比这还短。依据查普曼的说法，在46亿年前，地球和月亮形成之初，月亮围绕地球旋转一周只要7天时间。那时，如果有人在地球上能看见月亮升起的话，他会在地平线上看见一个巨大的月球。
有趣的是，是地球上的潮汐现象使月球距离我们越来越远。月球的引力作用于地球上的海水，但地球不是静止的，它不停地自转，当地球上朝向月亮的海平面受月亮吸引升高时，这片海域同时随着地球的自转远离了月球。这部分涨潮海水的万有引力对月球有吸引的作用，但这片海域又不是正对着月亮的（因为地球自转），月球就被拉向了前方。这相当于拉大了月亮的公转轨道。
随着轨道慢慢变大，年复一年，月球就离我们越来越远了。虽然这个变化是非常微小的，但是日积月累，几百万年以后，月球也许会最终脱离地球的引力场，进入它自己绕太阳运转的轨道。但这种情况出现的可能性很小，因为潮汐同样会影响地球。海水的波动会削减地球自转的速度，一百年的时间就可以让一天延长半分钟（这么说，几十亿年前，一天大概只有6个小时）。
照此推算，几百万年后，地球自转一周的时间会与月亮绕地球公转一周的时间相同，也就是说，一天和一个月的时间是相同的。当然，那个时候的一天要比现在的24小时长得多。
一旦地球自转与月球公转同步起来，海潮就可以时刻对准月亮了，这样月亮就会开始被拉回地球的方向。从此，整个过程发生逆转，潮汐的运动将滞后于月球，使月球轨道慢慢缩小，从地球上看到的月球又会慢慢地大起来。
为什么在白天也能看到月亮？
正是由于你假设自己出于某种原因在白天看不到月亮，才使这个问题显得格外有意思。其实无论在白天还是夜晚，月亮本身并没有什么不同。
在白天，太阳强烈的光芒掩盖了一切的光亮，因此就算这时候能够看得见月亮，它也往往不为人所注目。但在夜晚，月亮就成了天空中最明亮的物体。
月球一个月绕行地球一周，因此它在一天24小时内呈现不同的景象。地球上每天所能看到的月亮大小取决于当天的月相，或者说在某个特定的时间太阳能照亮的月球表面积。白天由于大气层对太阳光有散射作用，因此天空十分明亮。但是月球距离地球足够近且本身也足够大，所以也能反射部分阳光，显得比周围天空亮，使人们在白天也能看见它。
但地球上的人们却无法在白天看到星星。不过，就算空中有耀眼的太阳，在月球上的宇航员也能一样看到星星。这是因为月球上不存在大气层，太阳光也就不会被散射，所以即便是在白天，你也能看到布满在漆黑天空中的点点繁星。
地球有多重？
我们所说的重量是指地球作用于某人或某物之上的重力。所以说探究地球的重量有多少基本是没有意义的，因为只有和其他物体相比较时地球才会有重量。
不过，人们可以通过计算地球作用于一个已知质量的物体上的重力效应，估算出地球的质量（地球所包含的物质的量）。基本上来说，地球的质量不同，对其他物体的影响作用也不同。大多数科学家计算得到的地球质量大约为5.98 × 1024千克。
在太空时代到来之前，估计地球质量是件相当复杂的事情。1774年，内维尔·马斯基林第一个计算出了相对准确的地球质量值。他还根据一个钟摆在重力作用下的摆动规律，估算出苏格兰境内一座高山的质量并计算出它的重力效应——相对于地球重力。
现在，通过观察围绕地球旋转的人造卫星的运动，人们可以更准确地估算出地球的质量。
南极和北极哪个更冷？
南极要相对更冷一些。
南极的平均气温只有约-48.9摄氏度，比北极的平均气温要低1.7摄氏度。南极洲有记载的最低气温是于1983年7月21日在沃斯托克冰湖测得的，当时的气温为-89.4摄氏度。
南极气温较低的原因至少有两个，其一是因为观测站建在海拔3 600多米的高原上，在如此的海拔高度上空气稀薄，很难留住太阳辐射的热量。太阳一落山，大部分的热量很快就辐射掉了。
同时，与四周被大片的浮冰所环绕着的北极不同，南极被广袤的南极雪原所包围着，因此南极大陆基本上无法留住太阳的辐射能，大部分（大约80%）的太阳辐射都被南极永久存在的雪被给反射回去了。
科学家们如何测量珠穆朗玛峰这类高山的高度？
最简单的测绘方法是在已知某个高度或距离的情况下，构筑三角形从而计算出目标山峰的高度。侦察兵在测量树木高度时也正是采用的这个方法。目前，在卫星的辅助下，该测绘方法仍然被人们广泛使用。
在实际应用三角测量法时，先要建立一条已知长度的基准线。要测量出任意两点之间的距离，需要以这两点为顶点构筑一个三角形。基准线两端的测绘人员便能够根据基准线测量计算出该三角形的三个角和另外两条边的长度。在对大块面积进行测绘时，测绘人员会根据基准线构筑一系列的三角形，任意三角形与相邻的三角形至少共用一条邻边。
西方人将珠穆朗玛峰叫做埃弗勒斯峰，其实就是以乔治·埃弗勒斯的名字命名的。在他的主导下，人们利用上述测绘方法进行了19世纪的印度地理大测绘。
1987年，为了确定珠穆朗玛峰的真实高度，一支意大利探险队采用全球定位系统卫星传回的信号，在喜马拉雅山脉上4个地面站进行了多次观测。在收到从卫星传回的编码信号的同时，地面接收器记录下接收到卫星信号的准确时间，并计算出信号从传送到接收所经过的时间。将该时间乘以光速，所得结果就是地面站和卫星之间的实际距离。人们由此得到地面站的经度和纬度值，并通过进一步计算求出地面站的实际海拔高度。以这些通过细致测量得到的距离为基准线，意大利人按照常规的三角测量法测量出珠穆朗玛峰峰顶的高度。其测量的结果是：珠穆朗玛峰海拔高度是8 872米。
2005年5月22日，中国登山队重登珠峰，并再次精确测量出其高度，为8 844.43米。喜马拉雅山脉是由于印度洋板块和亚欧板块碰撞隆起而形成的，目前两大板块仍在以每年1.27厘米的速度相对运动。
为什么古代建筑物会沉到地表以下如此之深的地方？
尽管考古学家们也在努力地进行发掘，但却未必能发掘出已经沉降到地下的古代城邦遗址。古代城邦遗址通常会被新的建筑物或是自然界中的沙石、各种残骸堆积覆盖。当然也有例外，比如阿兹特克人将神庙建在墨西哥城的一个湖床上，由于地基的缘故，神庙最终沉入了地下。其实，现代建筑如果建在那种地基上也会和古代的神庙一样沉入地下。反观玛雅文明，建在坚硬的岩床上的玛雅古建筑便能长久屹立。
位于伊拉克南部的乌尔遗址便是建在高出地平面21米多、面积数百公顷的大土墩上面的。其他一些残存的古文明遗址也是如此。后继的文明在古代城邦的遗址上面继续建造房屋等建筑，之后随着城市被废弃，各种建筑也逐渐被风沙和动植物残骸所掩埋。
形成中东古文明遗址的另一个原因是由于泥砖在建筑中的大量使用。泥砖建造的房屋相当经久耐用，只需偶尔进行少许维护工作并注意防止雨水冲蚀便可。但是一旦泥砖建筑遭到废弃，人们往往还会同时抽走其中宝贵的支撑木料，于是天长日久之后，泥砖房屋最终会化为黄土，堆积成恒久的土山，化作人们口中的历史传说。
也可能会有新的文明在古文明的城邦遗址上再度建立起来，于是几个先后产生的文明遗址被相继叠加起来，整个遗址群看上去像一块巨大的千层糕一般。
地球上的水从何而来？
对于地球上水的来源，主要有两派不同的观点：有的人认为水从一开始就存在了；有的人认为水是地球形成稍后因彗星撞击而得来的。
许多年以前，人们倾向于认为地表上的水是最初就积存在地球内部的，随着地球45亿年来的演化，地下积存的水逐渐冒出地面，在地表汇集起来。可能从全球的物质在重力作用下聚合在一起的时候起，水就已经在地球上存在了。这番理论至今依然被广为传播，而且在火山爆发时，地球内部的水确实也会以水蒸气的形式冒出来。
但在最近的几十年中，人们开始思考彗星或是类似彗星的天体撞击地球表面，给地球带来水的可能性。随着这一理论的推演，人们认为这些天体可能绝大部分由水组成，因而当它们撞击地球的时候除了剩下大量的水，几乎没有留下任何地质学上的痕迹。
月球上最大、最重要的一些陨坑都已经有大约40亿年的历史了，其中的90%左右和整个太阳系的年龄相仿。许多人对此的解释是在太阳系形成的早期曾有大量的外来天体撞击月球。轰击月面的这些陨星当中可能就有一部分类似彗星的天体，人们认为这些外星物质可能就是地球上水的重要来源。基于这样的理论，火山喷发携带出来的水蒸气可能就是先前由于地球板块构造而渗入地下的水，现在不过是在恰当的时机重返地面而已。
为什么海水是咸的？
河流会将陆地上被风化侵蚀的岩石碎末带入海洋，而这些岩石的碎末含有盐分。事实上，河流中的淡水里也有一定量的溶解矿物质，其中大部分是食盐——氯化钠，分子式为NaCl。
盐分一旦进入海水之中，往往会就此沉积并慢慢积累。氯化钠在水中的溶解度很高，而且世界上浩瀚的几大海洋都是彼此连接的，因而盐溶液并不会饱和，氯化钠也不会因过饱和而沉淀下来。
在上个世纪初，人们认为可以通过比较世界上所有河流相对海洋的盐度来计算出地球的年龄。理论家们就此计算得到地球的年龄在3亿岁左右。而事实上，地球已经大约45亿岁了。
产生误差的原因相当简单：海洋中含盐的飞沫会被溅到空中，随后被蒸发、风干，接着被风吹上陆地，进而重新循环回到河流中。如果减去这部分再循环的盐分的量，由此计算得到的结果将会更接近地球实际年龄。海洋中盐分含量确实存在着地区性的差异。比如，由于雨量更大且靠近大的河流的入海口，热带海洋中含盐量就要低一些。海水的平均盐浓度为3.5%，其中大约3/4的成分为氯化钠。
为什么地球上几大洋相互连通却没有一个统一的海平面？
科学家们将地球看作一个整体，从而计算出平均海平面高度，但该值仅仅是通过对整个地球进行一系列的观察后得出的一个数学平均值。事实上，不仅不存在全球唯一的“海平面”高度值，而且世界各大洋各自的海平面高度还会因为某些因素而不断发生改变。
就拿巴拿马运河来说，运河两端的大西洋和太平洋的洋面就不在同一水平高度上。两大洋虽然经由南美洲大陆底部相互连通，但是由于地球自转的原因，各处的海平面高度也不相同。从理论上讲确实可能开凿出一条“海平面”运河，运河里的水能自主地处于大洋间平均水平面高度上，但这一想法却因为开凿一条如此深度的运河花费太过巨大而被否决了。人们最终采用在运河上建造许多水闸的施工方案作为替代。此外，月球引力（引起地球潮汐现象的原因）对海水的作用也随着各地与月球相对距离的不同而变化。这也是引起海平面高度不同的原因之一。
海水的流动需要一定时间，而现实情况是海水流动速度的变化往往不及以上几个影响因素变化来得快，因此才会造成海平面高低不同的情况。甚至在某座大岛屿的两侧，也会出现海平面高低不同的情况，比如在加拿大的温哥华岛周围就是如此。
此外，科学家们认为通过河流入海的总水量对海平面高度也有一定的影响。比如有好几条大的河流流入大西洋，但流入太平洋的大河就要少很多。
如果北极冰帽完全融化会有多少陆地因此被淹没？
科学家曾对这种情况下海平面的上升高度做过估算，但是要确切地知道被淹没的陆地面积则必须对全球海岸进行极为复杂的调查。
如果南极东部冰盖融化的话，全球海平面将会上升60米，而南极西部冰盖融化的话，全球海平面将会上升6米。
虽然一般认为格陵兰岛的冰盖要比南极的稳定，但是一旦格陵兰岛上的冰盖融化的话还是会对全球海平面高度产生一定的影响。比较正式的估计结果是格陵兰岛冰盖完全融化后，海平面上升范围在7.1～7.4米之间。
综上所述，南极和格陵兰的冰盖融化后，海平面总的上升高度大致为74.4米左右。
北极冰层融化的话不会对海平面高度产生什么太大的影响，因为北极冰盖本身就是由海水结冰而形成的，是一块只有一小部分冰层浮出水面的巨大冰块。人们所关心的其实是冰层融化后随之而来的海水淡化问题，因为极地冰层是陆地上的淡水，如果冰层融化，大量涌入的淡水将对现有的海水造成一定的冲击。
对冰层融化后被淹没的陆地面积的估算，即便是随意猜测，也要基于全球永远变动的海岸线（假设坡度为千分之一）可能会被新的海平面淹没的状况来进行。
同时，科学家还要考虑当南极大陆所负载的冰盖重量消去后随之而来的地壳反弹现象。冰盖巨大的压力使得南极大陆处于海平面以下，如果消去冰盖的重量，地幔就会相应地向上抬升。今天斯堪的纳维亚半岛之所以仍在不断地上升，便是由于大约1万年以前半岛上所负载的冰层被消除的缘故。
“大气能见度”这个指标是如何测得的呢？
白天能见度的定义是：在白天的天气状况下，人仅凭肉眼所能看到的远方地平线上标志物的轮廓并将其同天空背景区分开来的最大水平距离。对白天大气能见度的估测取决于当地的地面标志物和气象条件。夜间能见度是可能看见一个中等强度的已知光源的最大距离。
对于夜间执行飞行任务的飞行员来说，大气能见度是用视距测量仪来测量的。该测量仪将一束窄光束聚焦到167米处的光电电池上。光电电池的输出取决于从大气透射的光。光束的衰减度取决于大气的透射率，人眼（也就是飞行员的眼睛）的可见范围与此直接相关。
如果大气对光线没有衰减作用，从理论上说人就能看到无穷远处。如果光线全部衰减，能见度就低于167米，也就是测量仪中从光源到光电电池的距离。
降雨量和降雪量是如何测量出来的？
降雨量可以非常直截了当地测到，但是对降雪量的准确测量却有一定难度，测量工具也相应的较为丰富多样。要测量某一段时间内的降雨量，气象局的做法是用一个简单的圆柱形管子收集降雨，然后将给定时间内收集到的雨水灌注到一个更小的圆柱形管子当中——该管子有类似量油计的分级和测量刻度。
不论是在降雪过程中还是过后，很多因素都会影响到积雪的深度，特别是风力大小和测量频率。这是因为当雪越积越厚时，其自身的重量会把下层的积雪压紧压实，压紧后的积雪深度要比中间含有空气时低。
美国国家气象局的大纲提倡气象人员使用一种新的积雪测量板。使用时将这种测量板放置在风雪中以收集积雪，每隔1小时测量积雪量并将测量后的积雪扫除干净。毫无疑问，这将是一项费时费力的工作。
气象学家们则正在尝试一种当降雪停止后对从10个不同测点测得的数据求取平均值的新方法。
冰雹的大小取决于什么？
冰雹的大小取决于雷暴中一种力的强弱，气象学家将其称作上升气流。
当大气中某处空气上升特别迅速，在高空遭遇冷空气时，水蒸气就会聚集凝结形成暴雨云。
云层中的水汽最终会以降水的形式落到地面。水汽在降落的过程中先是凝成雪花，接着化为雨滴。如果雨滴在下落的过程中又一次遭遇上升气流，雨滴便会被气流抬升、再度遇冷并越过冰点，凝结成一个小冰珠。冰珠还会与周遭的小冰珠相互结合形成冰球。当冰球增大到一定程度后由于重力原因再次下落，在这期间可能又会在空气扰流的卷挟下上下翻滚。
经历了如此这般的往复运动，冰雹又慢慢增大。当你切开一个刚成形还没来得及融化的冰雹时，就会发现冰雹内部有像树木年轮一般的圈层。由此也可以推断出这个冰雹在形成过程中被气流卷挟上升了多少次。
要形成直径达12厘米以上的冰雹，上升气流的速度需要达到每小时161千米以上。而空气扰流的范围越广、强度越高，所形成的冰雹体积也就越大。
美国怀俄明州，特别是该州的东南部地区，号称美国的“冰雹之都”。由于来自北方山区的干燥气流与来自怀俄明州东南部的冷空气在此处交汇，因此该州的冰雹天气尤为强烈。
冰雹往往有类似葡萄的形状和大小，但这种葡萄形的冰雹并不是球形，而是具有奇怪的突起。
1979年在美国堪萨斯州的科菲维尔市下的一个冰雹重达758克，堪称史上有名。
只有在夏日的雷暴天气状况下才可能出现冰雹天气，这是由于太阳热辐射造成气流上升而引起的。
为什么刮暴风雪的时候看不到闪电？
虽然十分罕见，但是刮暴风雪的时候有时确实也会有闪电。事实上，最大的暴风雪都是伴有电闪雷鸣的，气象学家将这种现象称为“雷雪”。
大部分“普通”的雷暴都发生在夏天，此时暖湿空气在大气层较低处，而冷空气处于暖空气上方。在这种不稳定的系统中，上升气流创造出雷暴。
这种暴风雨造成的扰流有时造成不同的区域带上不同极性的电荷，两个不同极性的电场为达到电荷平衡产生的放电现象就是我们看到的闪电。与此同时还伴有轰隆隆的雷声，这是由于闪电产生的巨大热量使周围的空气被迅速加热，此时空气瞬间的温度可能比太阳表面的温度还要高，空气受热剧烈膨胀，形成音爆，也就是我们听到的打雷声。
但是，冬天的气候环境一般不具备形成雷雨天气所需的两个特征条件，即温度的垂直分布和低层空气含有大量水汽。只有在最强的暴风雪来临之时，这两个条件才能得到满足：此时有大量的冷空气聚集在暖空气上方，而且近地面空气具有足够大的湿度。
靠海的地区要比内陆地区更容易遭遇雷暴雪天气，这是因为海洋上方的暖湿空气在向内陆移动的过程中与冷空气相遇而形成暴风雨，之后由于受冷空气影响，暴风雨更可能进一步转变成雷雪或雷暴雪的缘故。