Система Земля — Луна, которую часто называют двойной планетой, занимает в нашей Солнечной системе особое положение, и прежде всего по массам обоих составляющих.

В настоящую эпоху Луна обращается вокруг Земли на расстоянии 384 000 км, будучи все время обращенной к ней одной своей стороной, но в далекую от нас прошлую эпоху расстояние между обоими телами было гораздо меньше.

Проблема эволюции системы Земля—Луна детально рассматривалась английским ученым Дж. Дарвином (1845—1912), сыном знаменитого биолога Ч. Дарвина (1809—1882).
Солнце, и особенно Луна, силой своего притяжения вызывает на Земле морские приливные волны, которые из века в век бьют о берега и в мелководных бассейнах вызывают заметное трение о морское дно, непрерывно замедляя тем самым вращение Земли вокруг своей оси. Кроме того, недра Земли находятся до известной степени в вязком, а не в абсолютно твердом состоянии и потому также испытывают приливное, членом корреспондентом Академии наук А, Я. Орловым (1880—1954).

По известным законам механики общий вращательный момент всякой системы, подверженной лишь внутренним силам, должен всегда оставаться постоянным. Значит, при замедлении вращения Земли и, следовательно, при уменьшении ее вращательного момента другая составляющая — Луна должна на столько же увеличивать свою долю момента и тем самым постепенно удаляться. Дж. Дарвин показал, что при максимально возможном приливном действии Луне потребовалось только 57 млн. лет на то, чтобы удалиться от Земли на 60 ее радиусов и достигнуть своей теперешней орбиты.
Эта приливная эволюция, будучи очень медленной, всегда действовала в том же самом направлении. Следовательно, отодвигаясь в прошлое, переходя ко все более древним геологическим эпохам, мы должны находить Луну все ближе и ближе к Земле, с соответственно все более и более мощными приливными волнами в водном бассейне и в земной коре. В начале этой эволюции Земля и Луна были обращены друг к другу одной своей стороной, находились в непосредственном соседстве и обращались с общим периодом в 4,4 часа. Таковы были сутки Земли и вместе с тем продолжительность лунного месяца.

Однако нельзя предполагать, что Земля и Луна составляли вначале единое тело, которое затем разделилось на две неравные части. Это, как теперь признано, невозможно потому, что общий момент вращения всей подобной системы не может быть вмещен в одном теле, сохраняющем устойчивость для своего существования. Напротив, нужно считать, что с самого начала первоначальное планетное сгущение, вследствие слишком большого вращательного момента, не могло образовать единого планетного тела, как это было у всех остальных планет, и потому образовало два сгущения — Землю и Луну.
При этом большая часть излишнего вращательного момента, несовместимого с условиями устойчивости, пошла на орбитальное движение Луны, которое постепенно возрастало, благодаря приливным воздействиям. Итак, приходится считать, что образование Луны в непосредственной близости к Земле обеспечило существование Земли как устойчивого планетного тела.

Опишем в кратких чертах строение Земли и Луны, насколько это известно в настоящее время.

Земля, имеющая диаметр 12 750 км, окружена пылевой оболочкой, которая обнаружена космическими ракетами до расстояния примерно 100 000 км, где уже переходит в общую межпланетную среду. Эта оболочка, медленно уплотняясь, проникает и в земную атмосферу и на больших высотах целиком определяет ее рассеивающие свойства. Когда мы, например, смотрим на слабую сумеречную дугу при погружении Солнца под горизонт глубже 10°, то видим, по существу, рассеяние света в нижних слоях этой пылевой оболочки на высоте около 100—140 км над уровнем моря.

Очень важная особенность Земли — это наличие обширного магнитного поля, которое по ориентировке и интенсивности подвержено периодическим и вековым колебаниям и каким-то образом связано с самым внутренним ядром Земли, находящимся в жидком состоянии. С этим полем связаны две зоны радиации, известные как зоны Ван Аллена также открытые совсем недавно путем исследования интенсивности космических лучей с высотных ракет.
Внешняя зона, простирающаяся до 20—25 тыс. км, отличается обилием свободных электронов, которые движутся вдоль силовых линий земного магнитного поля, описывая вокруг них спирали. Происхождение этой внешней зоны радиации еще неизвестно. Возможно, она представляет собой результат улавливания высокоионизованных солнечных корпускулярных потоков магнитным полем Земли, особенно во время магнитных возмущений. Кроме того, существует еще внутренняя зона радиации, о которой известно еще меньше. Она преимущественно отличается обилием положительных ионов и располагается несколько несимметрично в восточном, и западном полушариях Земли.

Земная атмосфера чисто газового состава может быть прослежена по лучам полярных сияний до высоты около 800—1000 км. Она делится на ряд слоев. Самый нижний слой, прилегающий к земной поверхности, называется тропосферой. В нем возникают конвективные (поднимающиеся и опускающиеся) воздушные потоки и облака, распространяются циклоны и фронты, определяющие смену погоды. Далее, с высоты 10—11 км, начинается стратосфера. В ней температура сначала медленно возрастает, достигает максимума на высоте около 40—50 км, но затем быстро опускается и доходит до глубокого минимума на высоте около 80 км.
Подобные изменения температуры зависят от молекулярного поглощения солнечной радиации, главным образом в слое озона (03), наибольшее количество которого наблюдается на высоте 21 км.

Выше 80 км температура непрерывно возрастает и на высоте 400—500 км доходит уже по крайней мере до тысячи градусов \ как это показали непосредственные ракетные наблюдения. Вследствие этого, легкие газы, такие как водород или гелий, не могут удерживаться в поле тяготения Земли и должны уходить в межпланетное пространство.

Этот факт, имеющий важное космогоническое значение, делается очевидным, если учесть количество гелия, которое должно было выделяться в атмосферу в результате неизбежного атомного распада урана и тория в земной коре, и сравнить его с фактически ничтожным содержанием этого нейтрального газа, не превышающим 0,0001%. Итак, гелий почти полностью улетучился в космическое пространство, а водород — еще более легкий газ, смог сохраниться в небольшом количестве только благодаря свойству входить в химические соединения с другими элементами. Лишь вследствие этого водород в земной коре по весовому содержанию занимает все же 8—10е место, в то время как этот элемент колоссально доминирует над всеми остальными в звездной Вселенной и даже в атмосфере Солнца.

Мы живем на дне обширного атмосферного океана, который предохраняет нас, как и все живое на Земле, от губительных коротковолновых излучений Солнца, космических лучей и постоянно налетающих на Землю метеоров. Находясь в среднем на расстоянии 6370 км от земного центра, мы до сих пор имеем лишь смутное представление о состоянии, в котором находится вся земная масса. Как уже указывалось, некоторое общее представление о степени твердости Земли в целом можно получить на основании приливных явлений, происходящих во всей ее массе.

Гораздо более полное суждение можно вывести из изучения распространения сейсмических волн от естественных или искусственных землетрясений. Среди сейсмических волн можно различить первичные, так называемые волны сжатия, которые распространяются со скоростью около 7 км/сек в земной коре и с несколько большей скоростью в более глубинных областях; затем поперечные волны, которые могут распространяться лишь в твердой среде, и, наконец, сейсмические волны поверхностного характера. Скорость сейсмических волн зависит от плотности среды и ее эластических свойств. Тщательное исследование распространения подобных волн позволяет судить об изменении плотности вещества Земли с глубиной.

Таким путем можно было установить, что, во-первых, уже на глубине примерно 35 км под континентами и всего лишь 10 км под океанами залегает слой резкого изменения плотности, отделяющий кору Земли от более глубоко расположенного слоя, называемого мантией. Земная кора состоит главным образом из светлоокрашенных минеральных пород, таких как гранит, богатых кварцем, алюминием и окислами, в мантии же преобладают соединения окислов железа и магния.

Не останавливаясь на отдельных слоях внутренней массы Земли, которых насчитывается около семи, укажем, что на глубине около 2900 км расположено ядро Земли, через которое не проходят поперечные сейсмические колебания и которое, таким образом, должно, очевидно, находиться в жидком состоянии. В недавнее время найдено еще небольшое внутреннее ядро, радиусом меньше 1000 км, находящееся, по-видимому, в твердом состоянии.

Все это вещество Земли, несмотря на свое сложное строение, находится в равновесии, хотя и испытывает приливные возмущения, колеблясь дважды в сутки. При увеличении нагрузки на континенты (материки), например, вследствие прогрессивного оледенения, земная кора для сохранения равновесия несколько вдавливается внутрь; это выравнивание давлений называется изостазией. Аналогичным образом огромный вес отложений, приносимых морями и океанами на берега континентов, производит опускания отдельных участков земной коры, что всегда предшествует образованию горных хребтов.