正如弗蘭克本人所說的,如果這一假說是正確的,則十幾個領域整整一代的科學家們都是根據恰恰並不正確的地球物理學的假設從事工作的。教科書將不得不重新改寫,現代地質學、地球物理學等十多門學科中的現有理論將要受到檢驗。因此,這一假說的影響無疑是深遠的。

黑色斑點

弗蘭克是位一絲不苟的研究學者。關於地球上的水來自彗星的新假說的提出,凝聚了他與他的同事們五年多的心血。1981年,弗蘭克與克拉文一起為“動力學探測者—I號”衛星研製了一套光學係統,裝上了兩台可見光攝像機和一台紫外攝像機,用來拍攝大氣和大氣層中電活動現象的照片。由衛星傳送回來的照片十分壯觀,不久就出現在雜誌和教科書上,弗蘭克也被邀請到世界各地去播放他的幻燈片。

但是,奇怪的現象也同時出現了。當用紫外攝像機拍照並用計算機著色後,地球受到太陽照射的那一麵上空的大氣本應形成均勻一致的、明亮的桔黃色。與此相反,科學家們一眼就看到了桔黃色的地軸上布滿了很多黑色的小斑點,每個黑色斑點突然出現,停留了幾分鍾,然後又消失。這些黑色斑點是什麼?開始時,可能是由於弗蘭克正集中精力研究極光、等離子體等而無暇顧及。這一現象並未引起他的重視,隻是想當然地認為,它們是由某種電子幹擾造成的,並以此來回答其他科學家們提出的疑問。直到1982年底,他的學生利用計算機對衛星照片進行信息處理時,發現計算機“讀出”的照片上黑色斑點數據時而運行時而停止的反常現象。這才引起了弗蘭克的注意,促使他去揭開黑色斑點之謎。

但那時弗蘭克仍然認為這些黑斑是由於衛星在傳送照片的過程中,很偶然地受到來自其他衛星、閃電或地麵無線電波發射台的幹擾而形成的。為了證實這一點,他收集了過去十年間隕星進入大氣層的雷達記錄,把隕星殘骸的運動與黑色斑點的運動進行對比分析。出乎他的意料之外,黑色斑點的運動方式與隕星殘骸的運動方式完全一致。這無疑向他表明,同隕星一樣,黑色斑點是某種客觀存在的物體,而不是電子幹擾造成的。因為,若是後者的話,黑斑的運動方式應該完全是隨機的,沒有任何規律可循。

為了證實黑斑確實是客觀存在的物體,1985年,弗蘭克又進一步做了如下試驗:把紫外攝象機鏡頭對著大氣層外緣的氫氣進行拍攝,發現氫氣雲恰似“早晨的濃霧”。當他們把鏡頭的焦點調到氫氣雲的裏麵時,他們既驚訝又高興地看到了“幾十個黑色的大圓盤”從大氣層外起飛,然後落入大氣層之中,朝著地麵迎麵飛來。這些圓盤開始時很小,但隨著時間的推移,變得越來越大,越來越黑。這一觀測結果,不容置疑地向他們表明:黑色斑點的確是客觀存在的某種物體。弗蘭克還估算出,這種物體的直徑大約在48公裏左右。

那麼,它們究竟是什麼物體呢?弗蘭克等人提出了各種各樣的假設,又很快——放棄了。例如,他們曾設想,可能是隕星碰撞大氣,使低空的分子氧受熱,形成巨大的氣體雲而上升。但弗蘭克計算出,要產生體積如此之大的氣體雲,隕星的直徑應在100公裏左右,因而在穿越大氣層過程中不可能完全被燒毀,而要落到地麵上來。倘若每分鍾有20顆隕石落在地球上,人類就不得不生活在洞穴裏。這顯然一點也不符合現實情況。

最後,弗蘭克研究小組對大氣中所有數量充足的分子一一進行了分析。

他們發現,隻有水分子才能吸收頻帶足夠寬的波長而呈現黑色。這使他們確信,照片上的黑色斑點是由於高層大氣中存在著由大量的水分子聚集而形成的氣體雲造成的。那麼,如此之多的水分子是從哪兒來的呢?正是從那時起,他們才把目光轉向彗星,即銀河係中往返運動著的冰雪球。他們計算出,冰球的直徑必須為9米~12米,並要覆蓋有足夠厚的鬆軟的雪,才能在大氣外層形成48公裏寬的氣體雲。於是,照片上的黑色斑點的出現和消失就得到了圓滿的解釋:當彗星進入大氣層,在大氣摩擦、太陽輻射和地球引力的作用下被粉碎而形成雲時,就出現黑斑;當雲以水蒸氣形式消散到大氣下層時,黑斑也就消失。

黑色斑點之謎終於被揭開了。

水循環

地球上的水,是在不停地運動著的。它無處不在,通過蒸發、冷凝、降水等連續不斷地循環。水的循環過程具體可以分為以下三個步驟: