然而，把月球视为一个“死的世界”，完全没有火山活动的观点也有点过分。1958年11月3日，苏联天文学家科兹列夫对阿尔芬斯坑的微红斑点进行了观察（W.赫歇耳早在1780年就提出曾看到月球上有微红的斑点）。他用分光镜进行的研究澄清了一个事实，即确实有气体和尘埃从那里喷射出来。从此，其他的微红斑点也在瞬间为人们所发现，看来，月球上确有偶而发生的火山活动。1964年12月，月全食期间就发现有300个坑口比附近地区更热，只是它们尚未热到白炽状态。
没有空气的世界，如水星以及火星、木星和土星的卫星，通常是坑洞密布，它们是40多亿年前由星子吸积形成世界的过程中被陨石撞击所留下的纪念。从那以后没有发生过任何能抹掉这些痕迹的过程。
金星上的坑洞很少，或许是因为它的稠密大气层的侵蚀作用。火星有一半表面的坑洞也较少，可能是由于其火山活动再造了一个新的星壳。木卫一上完全没有坑洞，可能是由活火山群的熔岩所致。而木卫二没有坑洞，乃因陨石的撞击穿越其覆盖的冰层，进入液面下，液面立即再结冰“愈合”破洞的缘故。
陨石是我们能够研究的惟一来自外层空间的物质，因此它不仅使天文学家、地质学家、化学家及冶金学家感兴趣，而且也使宇宙学家激动不已，因为他们专门从事研究宇宙和太阳系的起源问题。地球上的好几个地方都发现在陨石中有令人费解的玻璃状物质，1787年首先在今天的捷克和斯洛伐克西部发现了这种物质。澳大利亚在1864年也发现一些例子。它们被称为玻陨石，希腊文是“熔化”的意思，因为它们显然在穿越大气层时被熔化了。
1936年，美国天文学家尼宁格提出这样一个理论，玻陨石是大的陨石撞击月球表面激溅出来的残余物，受到地球重力场吸引而落入地球。在澳大利亚和东南亚发现玻陨石分布很广（其中许多是从印度洋的海底捞出来的）。这些是最“年轻”的玻陨石，只有70万年的历史。可以想象，它们是由形成月球上年轻壮观的第谷环形山的巨大陨石撞击激溅而产生的。这一撞击与地球磁场最近一次反转正相吻合。这一事实引起了一种推测，认为这类非常不规则的地球磁场反转系列，可能标志着上述月球和地球之间陨石撞击的灾祸可能再次发生。
另一种特殊类型的陨石是在南极大陆上发现的。任何陨石，不论是岩质或是金属块，假如掉在广大的南极冰盖上，必然相当引人注目。事实上，在那个大陆上的任何固态物体，只要不是冰或人类活动的产物，就是陨石。陨石一旦坠抵地面，除非被雪所掩埋或被企鹅碰过，否则它就一直保持未被接触的状态（至少已有2000万年以上）。
无论何时，南极洲都人烟稀少，这片大陆上许多地方仍未经仔细考察过。1969年以前，总共才发现了4颗陨石，都是在偶然的情况下发现的。1969年，一队日本地质学家发现了相距很近的9颗陨石，因而引起了科学家们的普遍兴趣。于是，更多的陨石陆续被发现。到1983年，在这块冰封的大陆上找到的陨石碎片超过5000个，比在世界其他地方发现的陨石多得多。事实上，并非被撞击的南极洲的陨石特别多，只是陨石在那里比较容易被发现。
有些南极洲的陨石确实相当奇特。1982年1月发现的一块绿褐色陨石碎片，经分析，证明含有一种特殊成分，和宇航员从月球上带回的月岩一样。要说明一块月球上的物体为什么能被抛到宇宙空间并来到地球上是不容易的，但此事发生的可能性还是存在的。
另外有些南极的陨石加热后会放出气体，这些气体含有一种成分，与火星上的大气非常相似。此外，这些陨石的年龄似乎仅有13亿年，而不像一般陨石有45亿年的历史。约在13亿年前，火星上的火山可能发生过剧烈的活动，某些陨石便是火星熔岩的碎片，以某种方式撞上了地球。
值得一提的是，陨石的年龄（其计算方法将在第七章 叙述）一般来说也是确定地球和太阳系年龄的重要工具。
空气的保持和获得
或许在我们考虑地球如何获得大气之前，应该首先考虑一下为什么地球既要本身不停地自转，又要在空间中不停地运转，而在同时却能在漫长的历史长河中始终把大气牢牢地保持在自身周围。这一问题的答案涉及到逃逸速度的概念。
逃逸速度
假如一个物体被从地面抛向上方，重力的拉引将使它的速度逐渐减慢，直到某瞬间使它停止，然后再掉回地面。如果重力在这一过程中一直不变，则物体到达的高度将与向上的初速度有一定的比例关系。也就是说，以每小时2公里初速度升空的物体所能达到的高度将是以每小时1公里初速度升空的4倍，因为能量与速度的平方成正比。
但重力不是常数，它随高度增加而减弱（确切地说，它随物体到地心距离的平方而减小）。如果以每秒1.6公里的速度向上发射物体，它在掉头落下之前可达129公里的高度（假设不考虑空气的阻力）；如果我们发射同样的物体，但给以每秒3.2公里的向上的速度，它将达到原先高度的4倍。由于129公里处的地球引力比地面低，因此物体越远离地面，它所受的引力就越小。实际上，该物体将升达563公里的高度而不是516公里。
若给物体一个每秒10.5公里（6.5英里）的向上初速度，它将会升高到41520公里（25800英里）处。那里的引力强度不超过地球表面的1/4。假使我们将物体以每秒10.6公里（6.6英里）的速度发射，它将能达到55200公里（34300英里）的高度。
可以算出，当物体以每秒11.2公里（6.98英里）的初速度被发射时，它将永远不会再掉回地球上。虽然地球的引力可渐渐减慢物体的速度，但由于这种作用渐渐地减弱，因此无法使物体对地球呈静止状态（对地球的速度等于0）。俗话说的“任何事物上升后一定会落下来”在这里就不适用了。
每秒11.2公里的速度就是地球的逃逸速度，任何天体的逃逸速度都可根据其质量和大小算出来。月球的逃逸速度为每秒2.4公里（1.5英里），火星为每秒5.1公里（3.2英里），土星为每秒37公里（23英里），太阳系中质量最大的行星木星的逃逸速度为每秒61公里（38英里）。
这些对于地球能保持本身大气层具有直接的意义。由于空气中的分子和原子不断地像小子弹一样在任意方向上飞行，它们彼此之间的速度也有很大差异，所以只能用统计学的方法来描述它们的运动；例如，给出速度大于某一指定速度的分子所占的比例，或者算出在某种给定条件下的平均速度等等。进行类似统计的公式早在1860年由麦克斯韦和奥地利物理学家波耳兹曼导出，被称为麦克斯韦-波耳兹曼定律。
氧分子在室温条件下的平均速度为每秒0.5公里（0.3英里），氢分子重量只有氧的1/16，以平均快4倍或每秒2公里（1.2英里）的速度运动。根据麦克斯韦-波耳兹曼定律，特定粒子在特定温度下的速度和分子量的平方根成反比。
重要的是要记住这些仅是平均速度。半数分子的速度比平均速度快，部分分子会达到平均速度的2倍以上，有小部分粒子超过3倍。实际上，仅有小部分的氧分子和氢分子具有每秒11.2公里以上的逃逸速度。
在低层大气中，这些快速运动的分子并不能真正的逃出，因为和邻近较慢分子相撞后便减慢下来。但在高层大气，它们逃出的机会便大得多。首先，畅行无阻的太阳辐射将激发它们，使之具有巨大的能量和速度；其次，在较稀薄的大气中分子碰撞的概率大为降低。地表附近的分子在撞上邻近分子之前，平均只能移动1/100000厘米；在105公里高处的分子，碰撞前将有10厘米的平均自由路径；而在225公里处，则自由路径可达1005米。那里原子或分子碰撞的平均次数为每秒1次，和海平面上的每秒50亿次形成极强烈的对比。因此，一个快速粒子在160公里或更高处，将更容易脱离地球。假如它刚好向上移动，则它将穿越密度小且碰撞机会少的区域，最终它将进入星际空间而永远不再返回。
换句话说，地球大气层会逸失，但逸失的主要是最轻的分子。氧和氮太重，只有少部分能达到逃逸速度。所以从地球大气形成到现在并没有多少氧或氮从地球逸失。另一方面，氢和氦很容易达到逃逸速度，因此，今天地球大气中没有氢和氦就不足为奇了。
质量更大的行星，如木星和土星能保住氢和氦，所以它们的广大而深厚的大气层大部分是由这些元素组成的。氢大量存在时会与其他元素反应。所以碳、氮和氧仅以含氢化合物的型态存在，如甲烷（CH4）、氨（NH3）和水（H2O）。虽然氨和甲烷在火星大气层中只以浓度不大的杂质形式存在，可是这些化合物在光谱上呈现出特殊的吸收带，而氢和氦则没有。因此，1931年德国血统的美国天文学家维尔特便据此发现了木星大气中的氨和甲烷。至于氢和氦的存在则是于1952年以间接方法得知的。当然，1973年以来对木星的探测也证实了上述发现并给了我们更多的具体细节。
另一方面，较小的行星，如火星，甚至连较重的分子也无法保住。其大气密度仅及地球的1/100。月球上的逃逸速度很小，无法保留住任何大气。
温度和重力一样也是重要因素。麦克斯韦-波耳兹曼方程告诉我们，微粒的平均速度和绝对温度的平方根成反比。假如地球和太阳表面一样有那么高的温度，则所有大气里的原子和分子将被加速4～5倍。地球将不再能保持氧和氮，就如同无法保持氢和氦一样。
因此，水星虽有月球表面重力的2.2倍，应该能保住其大气。然而因水星比月球热得多，所以仍和月球一样没有任何空气。
火星表面重力比水星稍大，但比水星甚至比地球或月球都要冷得多，所以火星能拥有一层稀薄的大气。其低温因素所起的作用要大于其稍大的表面重力所起的作用。相反，木星的卫星比火星还冷，但因表面重力和月球不相上下，因此也不能拥有大气。土星的一颗大卫星土卫六非常寒冷，所以能有一层厚的氮气层。或许海王星的大卫星海卫一也是如此。
原始的大气
地球上仍拥有大气，这可说是对“太阳系行星起源于异常灾祸”的理论的一项有力反驳（例如，有人认为其他太阳系中的太阳曾和我们的太阳发生过碰撞）。相反，它支持了尘云和星子理论：当云中的尘埃和气体先聚结成星子，再浓缩成行星体时，气体可能被拘陷于多孔的物质中，就像雪堆中的空气一样。以后，该星体继续重力收缩，将气体挤到表面。某一具体气体是否能留存于地壳上，部分地决定于其化学活动性。氦和氖虽然是原始尘云中最普通的气体，但因其化学惰性而无法与其他元素形成化合物，所以会迅速逃离地球。一般地说，地球中氦和氖的浓度仅是它们在宇宙中微不足道的一部分。例如，据计算，地球只保住了原始气体云中存在的氖原子的五百亿分之一；而我们的大气中即使有氦原子的话，其量也比这更少。所谓“即使有氦原子的话”，是因为今天在大气中虽然仍有些氦，但它们几乎全是来自衰变的放射性元素和泄漏出来的地下洞穴中残存的氦气。
另一方面，氢虽比氦和氖都要轻，却被很好地保留在地球上了。因为它极易和其他物质结合，最明显的是与氧结合成水。据估计，地球仍具有超过五百万分之一的原始云团中的氢原子。
氮和氧可以更简明地说明化学特性所起的作用。虽然氮分子和氧分子质量大致相等，然而地球保留了1/6化学性质活泼的原始氧原子，却仅保留了1/800000的惰性氮原子。
谈及大气中的气体，就必须要涉及水蒸气。这里我们将涉及一个有趣的问题，那就是海洋是如何形成的？在地球历史的早期，尽管我们的行星不是特别热，所有的水仍然是以水蒸气的形式存在。有些地质学家相信，水在那时凝聚于大气中，就像浓密的蒸气云。当地球冷却后，急速的降雨便形成了海洋。另一方面，有些地质学家却主张，我们的海洋是由地球内部的水渗出而形成的。火山活动显示出地壳中仍有许多水分，因为它释放的气体大多是水蒸气。如果是这样的话，海洋仍可能在继续扩大，尽管速度很慢。地球大气自最初形成之后难道一直是今天这个样子吗？这似乎不太可能。氧分子占了大气1/5的体积，而氧是如此活泼的元素，除非继续生成，否则以游离态存在是不可能的。而且，也没有其他星球拥有和我们一样的大气。因此，我们可以大胆地断言：地球的大气乃是独特事件的产物，就如同地球上具有其他星球所没有的生命一样。
尤里提出过一个详尽的论点，支持原始大气是氨和甲烷所组成的想法。氢、氦、碳、氮和氧是宇宙中的主要元素。其中最多的显然是氢。由于占绝对优势的氢的存在，碳、氮、氧就很容易与之结合而成为甲烷、氨和水。当然除氦和过剩的氢会逸出大气层外。水则形成了海洋；因为甲烷和氨比较重，所以被地球引力限制于大气层内，成为当时大气的主要成分。
即使所有的行星最初都有足够的引力拥有上述的大气，它们也不能全都永久地保持住它。来自太阳的紫外线会引起大气组成的变化。但这种影响对外行星来说是比较小的。第一，因为外行星接受太阳的辐射较少；第二，外行星有很厚的大气层，虽然吸收了大量的辐射，却没有明显的改变。所以外行星大气层中的氢、氦、氨和甲烷保存至今。
然而火星、地球、月球、金星和水星5颗内行星却不是这样。月球和水星都太小、太热，或既小又热，以致无法留住任何明显的大气；而火星、地球和金星在开始时，其稀薄大气最主要的成分是氨、甲烷和水。那么后来却发生了什么样的变化呢？
紫外线辐射撞击地球高层原始大气的水分子，把它们分解成氢和氧（光离解），氢会逸出大气，于是留下氧。由于氧活性很高，几乎可和附近的任何分子发生反应。例如与甲烷反应生成二氧化碳（CO2）和水，与氨反应生成氮（N2）和水。慢慢地，然而却稳定不断地，大气从甲烷和氨转变为氮和二氧化碳。而氮能和地壳中矿物慢慢反应形成硝酸盐，剩下二氧化碳成为当时大气的主要成分。
水是否能持续进行光离解作用呢？氢是否会一直不停地逸入宇宙空间呢？氧是否能在大气中不断聚集呢？假如氧在大气中不断增多，又找不到物质反应（氧无法和二氧化碳再反应），那么会不会使这部分氧强加到现有的二氧化碳大气中呢（并以此来解释现在地球大气中的氧）？答案毫不含糊是否定的。
一旦二氧化碳成为大气的主要成分，紫外线辐射就无法通过水分子的光离解而使大气发生进一步的变化。当氧渐渐以自由状态在大气中聚集之后，在较高大气层中就会形成一层很薄的臭氧层，它能吸收紫外线，阻止紫外线到达低层大气，也阻止进一步的光离解作用。这样，以二氧化碳为主的大气是稳定的。
但二氧化碳会引起温室效应（见第四章 ）。假如二氧化碳大气层非常稀薄且远离太阳，水分又很少，这种效应的影响就很小，例如火星便是如此。
假如行星的大气层更像地球的大气层，距离太阳也像地球那么近或更近一些，温室效应就会十分强烈，行星的温度将会升高，海水大量被蒸发。水蒸气会加强温室效应，加速这种变化，迫使更多的二氧化碳进入大气。同时也使星壳温度升高。最后，行星将变得非常炎热。大气中的水分全部成为蒸气，行星表面永远为这种云气所覆盖，并有一个深厚的二氧化碳大气层。
金星正是这样的情形。它经历了一次失控的温室效应。因为金星比地球更接近太阳，它能从太阳吸收更多的热量，这正好成为开始进行温室效应的导火线。
地球经历了一条与金星或火星不同的发展过程。它不像火星那样，大气中的氮完全被星壳吸收，只留下一层稀薄而寒冷的二氧化碳；另外，其温室效应也没有将它变成金星上那种高热闷人的荒凉世界。然而却发生了另一种事，那就是生命在这个星球上开始发展，也许在大气还是由氨及甲烷组成的时候，生命过程就已经开始了。
地球海洋中诱发生命的反应，将氮化合物分解，释放出分子氮，使大气中出现大量的氮。此外，生命细胞借助可见光的能量（可见光不受臭氧层阻拦），发展出将水分子分解成氢和氧的能力。氢与二氧化碳结合，形成构成细胞的复杂分子，氧则被释放到大气中。就这样，由于生命的作用，地球大气才由氮、碳和二氧化碳转换成氮和氧。温室效应减到很小，地球仍然凉爽，因而能留下其独特的液态海洋和充满大量游离氧的大气层。
事实上，我们的含氧大气层只具有地球存在历史中最后1/10的一段时间的特性。甚至近在6亿年前，我们大气中的氧也只有现在的1/10。
我们现在确实有了这样一个大气层，我们也许应该感谢生命，因为就是它使大气充满了游离态的氧，而氧反过来又是生命存在所必需的。
（林之光 董敏 译）
注释：
①应为人工影响天气。——译注
