1.1 宇宙的誕生
大爆炸宇宙論 (The Big-Bang theory)
在地球及其大氣誕生前實際上宇宙就已存在了，宇宙中有地球形成後再歷經46億年的演化，終於才誕生了生命。在浩瀚的宇宙中，目前只知地球為唯一有水及氧氣可供人類居住生存的星球，如同宇宙中惟一的綠洲。地球與地球上的大氣究竟是怎麼形成的？對地球大氣科學有興趣的讀者，能夠大略了解宇宙起源及宇宙科學的最新進展應是必要的。
1927年，比利時牧師與宇宙論者喬治勒梅特(Georges Henri Joseph Éduard Lemaître)提出「宇宙的膨脹源自於火球的膨脹」，並建議天文觀測者可以觀察遠方星系的紅位移現象，來證實宇宙膨脹的論點。
1929年，天文科學家艾雲哈柏（Edwin P. Hubble）依據早期星系種類分類的研究工作經驗證實喬治勒梅特的宇宙膨脹論點。哈柏指出銀河中看似微弱的星雲其實是位在距離我們有幾百萬光年的其它星系中。哈柏發現遠方星系遠離我們的速度 v 和與我們的距離d成正比(即v = H0d)，式中比例常數H0稱為「哈柏常數(Hubble constant)」，H0數值大小可以用來計算宇宙年齡。
1930年喬治伽莫夫 (George Gamow)與同事拉爾夫阿爾菲(Ralph Alpher)闡述宇宙的由來是起源於一次的「大爆炸宇宙論」。1949年，喬治伽莫夫進一步依據理論推導，宇宙會有隨膨脹展開，約有絕對溫度50K的殘餘能量，散佈在整個宇宙空間。由於質能互換原理，大爆炸所產生的能量最後乃轉爲物質。
大爆炸宇宙論建立在3個主要基礎：(1)由數學上證明廣義相對論只容許唯一的解，這個數學解是在時間原點時，整個宇宙的大小只是一個點，因大爆炸而炸開一個3度空間。由於空間以固定速率不斷向外膨脹，整個空間瞬間的大小可由時間形成指標和定義。(2)美國天文學家哈伯證實宇宙確實是在膨脹中，並且越遠的星系膨脹的速度越快，與相對論的數學解大致吻合。(3)1965年阿默彭齊亞斯(Amo Penzias)和羅伯特威爾森(Robert Wilson)發現約2.70K的「宇宙背景輻射(Cosmic Background Radiation)」，這是最具關鍵性的基礎，因而宇宙起源於大爆炸宇宙論得以廣被接受。
2014年3月17日美國BICEP(Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization)第2代計畫團隊(BICEP2)宣布，他們已在南極用太空望遠鏡首次監測到宇宙約140億年前大爆炸後，散發於宇宙空間的重力波，因此能夠支持大爆炸後在千萬億分之1秒的瞬間，宇宙迅速膨脹的直接證據。1.2太陽星雲假說 (Nebular hypothesis)
1734年，瑞典科學家兼哲學家伊曼紐斯威登堡(Emanuel Swedenborg)提出星雲假說，認為大爆炸後約經過1億年，因氫氣與氦氣互相結合而形成星際物質(Interstellar Medium )，造成無數龐大的雲，部分則陸續形成恆星與銀河群。1755年，德國哲學家伊曼努爾康德(Immanuel Kant)進一步提出太陽系起源的星雲假說，他認為經過星際雲慢慢的旋轉後，由於引力的作用，雲氣逐漸坍塌和漸漸變得扁平，最後形成恆星和行星。1796年，法國數學家皮埃爾拉普拉斯(Pierre Simon Laplace)提出類似概念，一致認為在太陽系形成之前，有一體積極其龐大，混雜著塵埃微粒的星際雲，稱為「原始太陽星雲」，這些可以被認為是早期的宇宙論。
大約在50億年前，原始太陽星雲的星際塵雲，開始因重力而潰縮，體積越縮越小，核心的溫度也越來越高，密度也越來越大。當體積縮小百萬倍後，成為一顆原始恆星，核心區域溫度也升高而趨近於1,000萬℃左右。當這個原始恆星或胎星的核心區域溫度高逹1,000萬℃時，觸發了氫融合反應，也就是氫彈爆炸的反應，此時，一顆叫太陽的恆星就此誕生了。
太陽系與銀河(galaxy)
萬有引力使得星際物質中的微粒互相靠近，大微粒吸引小微粒而逐漸凝聚，引力最強的中心部份吸引的物質最多，最後就形成了太陽。銀河系的迴轉力，就是產生這種星際雲的原動力。依照星雲假說，當太陽形成後，原始星際雲的其它部份，也會因冷卻、收縮而產生自轉，在逐漸加快旋轉下變得扁平，形成一圓盤面，當此扁平狀旋轉盤內的氣體與塵埃彼此凝聚成越來越大的物體時，就會因引力作用而成為不穩定，最後分裂成許多所謂的「小行星」。這些小行星由於數量極多，在彼此撞擊下，有的碎裂成殘塊，這就是今天佈滿整個太陽系內流星體的來源，但也有在多次互相撞擊後逐漸聚集在一起，最後就結合成體積較大、引力較強的行星。
銀河呈漩渦狀，並從其中心部分伸出許多類似動物觸手的漩渦狀伸長物，這些漩渦狀觸手所及的空間加上中心部分，就構成巨大的圓盤。包括核心在內的整個圓盤面，稱為「銀河面(galactic plane)」，數千個直徑約10光年，由恆星聚集而成的星團及新星，都被納入在此圓盤中。我們的太陽和8大行星，幾乎在同一時期從星際雲中誕生；星際雲由飄浮在銀河系的氣體和微塵組成，氣體有92%是氫，7.8%是氦，微塵的主要成分是矽酸鹽。哈伯太空望遠鏡最近觀測結果，宇宙中大概有5,000億個星雲；太陽系所在的銀河系，稱作「本銀河系(The Milky Way)」，與宇宙中的大多數銀河一樣，為一碟形的旋渦狀星雲。
大爆炸宇宙論 (The Big-Bang theory)
在地球及其大氣誕生前實際上宇宙就已存在了，宇宙中有地球形成後再歷經46億年的演化，終於才誕生了生命。在浩瀚的宇宙中，目前只知地球為唯一有水及氧氣可供人類居住生存的星球，如同宇宙中惟一的綠洲。地球與地球上的大氣究竟是怎麼形成的？對地球大氣科學有興趣的讀者，能夠大略了解宇宙起源及宇宙科學的最新進展應是必要的。
1927年，比利時牧師與宇宙論者喬治勒梅特(Georges Henri Joseph Éduard Lemaître)提出「宇宙的膨脹源自於火球的膨脹」，並建議天文觀測者可以觀察遠方星系的紅位移現象，來證實宇宙膨脹的論點。
1929年，天文科學家艾雲哈柏（Edwin P. Hubble）依據早期星系種類分類的研究工作經驗證實喬治勒梅特的宇宙膨脹論點。哈柏指出銀河中看似微弱的星雲其實是位在距離我們有幾百萬光年的其它星系中。哈柏發現遠方星系遠離我們的速度 v 和與我們的距離d成正比(即v = H0d)，式中比例常數H0稱為「哈柏常數(Hubble constant)」，H0數值大小可以用來計算宇宙年齡。
1930年喬治伽莫夫 (George Gamow)與同事拉爾夫阿爾菲(Ralph Alpher)闡述宇宙的由來是起源於一次的「大爆炸宇宙論」。1949年，喬治伽莫夫進一步依據理論推導，宇宙會有隨膨脹展開，約有絕對溫度50K的殘餘能量，散佈在整個宇宙空間。由於質能互換原理，大爆炸所產生的能量最後乃轉爲物質。
大爆炸宇宙論建立在3個主要基礎：(1)由數學上證明廣義相對論只容許唯一的解，這個數學解是在時間原點時，整個宇宙的大小只是一個點，因大爆炸而炸開一個3度空間。由於空間以固定速率不斷向外膨脹，整個空間瞬間的大小可由時間形成指標和定義。(2)美國天文學家哈伯證實宇宙確實是在膨脹中，並且越遠的星系膨脹的速度越快，與相對論的數學解大致吻合。(3)1965年阿默彭齊亞斯(Amo Penzias)和羅伯特威爾森(Robert Wilson)發現約2.70K的「宇宙背景輻射(Cosmic Background Radiation)」，這是最具關鍵性的基礎，因而宇宙起源於大爆炸宇宙論得以廣被接受。
2014年3月17日美國BICEP(Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization)第2代計畫團隊(BICEP2)宣布，他們已在南極用太空望遠鏡首次監測到宇宙約140億年前大爆炸後，散發於宇宙空間的重力波，因此能夠支持大爆炸後在千萬億分之1秒的瞬間，宇宙迅速膨脹的直接證據。1.2太陽星雲假說 (Nebular hypothesis)
1734年，瑞典科學家兼哲學家伊曼紐斯威登堡(Emanuel Swedenborg)提出星雲假說，認為大爆炸後約經過1億年，因氫氣與氦氣互相結合而形成星際物質(Interstellar Medium )，造成無數龐大的雲，部分則陸續形成恆星與銀河群。1755年，德國哲學家伊曼努爾康德(Immanuel Kant)進一步提出太陽系起源的星雲假說，他認為經過星際雲慢慢的旋轉後，由於引力的作用，雲氣逐漸坍塌和漸漸變得扁平，最後形成恆星和行星。1796年，法國數學家皮埃爾拉普拉斯(Pierre Simon Laplace)提出類似概念，一致認為在太陽系形成之前，有一體積極其龐大，混雜著塵埃微粒的星際雲，稱為「原始太陽星雲」，這些可以被認為是早期的宇宙論。
大約在50億年前，原始太陽星雲的星際塵雲，開始因重力而潰縮，體積越縮越小，核心的溫度也越來越高，密度也越來越大。當體積縮小百萬倍後，成為一顆原始恆星，核心區域溫度也升高而趨近於1,000萬℃左右。當這個原始恆星或胎星的核心區域溫度高逹1,000萬℃時，觸發了氫融合反應，也就是氫彈爆炸的反應，此時，一顆叫太陽的恆星就此誕生了。
太陽系與銀河(galaxy)
萬有引力使得星際物質中的微粒互相靠近，大微粒吸引小微粒而逐漸凝聚，引力最強的中心部份吸引的物質最多，最後就形成了太陽。銀河系的迴轉力，就是產生這種星際雲的原動力。依照星雲假說，當太陽形成後，原始星際雲的其它部份，也會因冷卻、收縮而產生自轉，在逐漸加快旋轉下變得扁平，形成一圓盤面，當此扁平狀旋轉盤內的氣體與塵埃彼此凝聚成越來越大的物體時，就會因引力作用而成為不穩定，最後分裂成許多所謂的「小行星」。這些小行星由於數量極多，在彼此撞擊下，有的碎裂成殘塊，這就是今天佈滿整個太陽系內流星體的來源，但也有在多次互相撞擊後逐漸聚集在一起，最後就結合成體積較大、引力較強的行星。
銀河呈漩渦狀，並從其中心部分伸出許多類似動物觸手的漩渦狀伸長物，這些漩渦狀觸手所及的空間加上中心部分，就構成巨大的圓盤。包括核心在內的整個圓盤面，稱為「銀河面(galactic plane)」，數千個直徑約10光年，由恆星聚集而成的星團及新星，都被納入在此圓盤中。我們的太陽和8大行星，幾乎在同一時期從星際雲中誕生；星際雲由飄浮在銀河系的氣體和微塵組成，氣體有92%是氫，7.8%是氦，微塵的主要成分是矽酸鹽。哈伯太空望遠鏡最近觀測結果，宇宙中大概有5,000億個星雲；太陽系所在的銀河系，稱作「本銀河系(The Milky Way)」，與宇宙中的大多數銀河一樣，為一碟形的旋渦狀星雲。
