弗兰克等人发现，在太阳系中存在一个由冰雪球组成的彗星海。彗星海中每一颗彗星的体积并不比一间住房大多少，犹如沧海一粟。因而在太阳系这个大家族中一点也不引人注目。但它们的数量却多得惊人。自45亿年前地球诞生以来，它们就在地球引力的作用下，以20马赫的速度和每分钟大约20颗，即每小时1200颗、每天28800颗的数量，成群结队地向地球冲来，日复一日，从未间断。当它们到达距地面1400公里～2400公里的高度时，引力作用、太阳辐射和大气摩擦的撞击力结合在一起，把它们击得粉碎，变为细小的冰微粒消散到稀薄的大气流中去，最终以雨或雪的形式降落到地面，使地球的宽度每年约增加四千分之一厘米。这使地球在经过地质年代之后，就足以形成我们今天所知的河流、湖泊和海洋。
如果弗兰克的假说是正确的，将能够用来解释大量的地球物理学之谜。例如，当更多的彗星来到地球，形成足够厚的球状冰云覆盖地球、遮挡阳光时，恐怕就出现了冰河时期。由于该覆盖层引起了剧烈的气候变化，从而导致我们所知的整个生物种包括恐龙的大量灭绝。又如，当复杂的有机物分子被包在冰雪覆盖着的彗星内部时，完全能够安全地穿越大气层而降落到地面上，从而可能为地球上的生命来自宇宙空间这一长期设想提供新的凭证。某些外空生物学家的研究发现，在彗星水中隐匿着某些特别复杂的分子，这或许能用来解释从黑死病到艾滋病的突然暴发。
彗星海不仅向地球输送了大量的水，还有可能曾向木星和天王星某些表层至今仍然是冰的卫星输送过水。火星两极的白色冰帽可能就是彗星冰，而神秘的火星运河则可能是在火星的青春期被流动的彗星水冲刷出来的。同样，土星光环之间的辐射带，很可能是彗星飞快地从一个光环冲向下一个光环时扬起的尘埃造成的。
正如弗兰克本人所说，如果这一假说是正确的，则十几个领域整整一代的科学家们都是根据恰恰并不正确的地球物理学的假设从事工作的。教科书将不得不重新改写，现代地质学、地球物理学等十多门学科中的现有理论将要受到检验。因此，这一假说的影响非常深远。
弗兰克是位严谨细致的研究学者。关于地球上的水来自彗星的新假说的提出，凝聚了他与他的同事们五年多的心血。1981年，弗兰克与克拉文一起为“动力学探测者—I号”卫星研制了一套光学系统，装上了两台可见光摄像机和一台紫外摄像机，用来拍摄大气和大气层中电活动现象的照片。从卫星传送回来的照片十分壮观，不久就出现在杂志和教科书上，弗兰克也被邀请到世界各地去播放其幻灯片。
然而，奇怪的现象也同时出现了。当用紫外摄像机拍照并用计算机着色后，地球受到太阳照射的那一面上空的大气本应形成均匀一致的、明亮的桔黄色。与此相反，科学家们一眼就看到了桔黄色的地轴上布满了很多黑色的小斑点，每个黑色斑点突然出现，停留了几分钟，然后又消失。这些黑色斑点是什么？开始时，可能是由于弗兰克正集中精力研究极光、等离子体等而无暇顾及。这一现象并未引起他的重视，只是想当然地认为，它们是由某种电子干扰造成的，并以此来回答其他科学家们提出的疑问。直到1982年底，他的学生利用计算机对卫星照片进行信息处理时，发现计算机“读出”的照片上黑色斑点数据时而运行时而停止的反常现象，这才引起弗兰克的注意，促使他去揭开黑色斑点之谜。
但那时弗兰克仍然认为这些黑斑是由于卫星在传送照片的过程中，很偶然地受到来自闪电、其他卫星或地面无线电波发射台的干扰而形成的。为了证实这一点，他收集了过去十年间陨星进入大气层的雷达记录，把陨星残骸的运动与黑色斑点的运动进行对比分析。出乎他的意料之外，黑色斑点的运动方式与陨星残骸的运动方式完全一致。这无疑向他表明，同陨星一样，黑色斑点是某种客观存在的物体，而不是电子干扰造成的。因为，若是后者的话，黑斑的运动方式应该完全是随机的，毫无规律可循。
1985年，为了证实黑斑确实是客观存在的物体，弗兰克又进一步做了如下试验：把紫外摄像机镜头对着大气层外缘的氢气进行拍摄，发现氢气云恰似“早晨的浓雾”。当他们把镜头的焦点调到氢气云的里面时，他们既惊讶又高兴地看到了“几十个黑色的大圆盘”从大气层外起飞，然后落入大气层之中，朝着地面迎面飞来。这些圆盘开始时很小，但随着时间的推移，变得越来越大，越来越黑。这一观测结果，不容置疑地向他们表明：黑色斑点的确是客观存在的某种物体。弗兰克还估算出，这种物体的直径在48公里左右。
那么它们究竟是什么物体呢？弗兰克等人提出了各种各样的假设，又很快一一放弃了。例如，他们曾设想，可能是陨星碰撞大气，使低空的分子氧受热，形成巨大的气体云而上升。但弗兰克计算出，要产生体积如此之大的气体云，陨星的直径应在100公里左右，因而在穿越大气层过程中不可能完全被烧毁，而要落到地面上来。倘若每分钟有20颗陨石落在地球上，人类就不得不生活在洞穴里。这显然不符合现实情况。
最后，弗兰克研究小组一一分析了大气中所有数量充足的分子。
他们发现，只有水分子才能吸收频带足够宽的波长并呈现黑色。这使他们确信，照片上的黑色斑点是由于高层大气中存在着由大量的水分子聚集而形成的气体云造成的。那么，如此之多的水分子是从哪儿来的呢？正是从那时起，他们才把目光转向彗星，即银河系中往返运动着的冰雪球。他们计算出，冰球的直径必须为9米～12米，并要覆盖有足够厚的松软的雪，才能在大气外层形成48公里宽的气体云。于是，照片上的黑色斑点的出现和消失就得到了圆满的解释：当彗星进入大气层，在大气摩擦、太阳辐射和地球引力的作用下被粉碎而形成云时，就出现黑斑；当云以水蒸气形式消散到大气下层时，黑斑就会消失。
至此，黑色斑点之谜终于被揭开了。
六、水循环
地球上的水是在不停地运动着的。它无处不在，通过蒸发、冷凝、降水等连续不断地循环。水的循环过程大体可以分为以下三个步骤：
第一步：蒸发和蒸腾的水分子进入大气。
吸收太阳辐射热后，水分子从海洋、湖泊、河流、潮湿土壤和其他潮湿表面蒸发到大气中去；生长在地表的植物，通过茎叶的蒸发将水扩散到大气中，植物的这种蒸发作用通常又称为蒸腾。据估计，在一个生长季中，0．4公顷的谷物几乎就可以蒸腾200万升的水，等于同等面积内43厘米深的水层。
通过蒸发过程和蒸腾过程的水，水质都得到了纯化，是清洁水。
第二步：以降水形式返回大地。
水分子进入大气后变为水汽并随气流运动，在适当条件下，遇冷凝结形成降水，以雨或雪的形式降落到地面。降水不但给地球带来淡水，养育了千千万万的生命，同时能净化空气，把一些天然的和人为的污物从大气中洗去。
陆地水资源的根本来源是降水。我国多年来平均年降水量为632毫米，而全球陆地平均年降水量是834毫米。
第三步：重新返回蒸发点。
当降水到达地面时，一部分渗入地下，补给地下水；另一部分从地表流掉，补给河流。地表的流水，即径流可以带走泥粒，导致侵蚀；也可以带走细菌、灰尘和化肥、农药等，因而径流常常是被污染的。最后千流归大海，水又回到海洋以及河流、湖泊等蒸发点。这就是地球上的水循环过程。
太阳辐射是推动这种循环的永恒动力。进入到地球上的太阳能约有23％消耗于海洋表面和陆地表面的蒸发上，当水汽凝结时，这些能量又重新释放出来。就全年平均情况来看，大约从北纬40度到南纬30度是一个广大的辐射过剩区域，而极地周围的高纬度地区是辐射亏损区。海陆之间，在不同的季节有着不同的亏损和盈余。只有把热量从盈余的地区向亏损的地区输送，才能达到全球的能量平衡。而水分循环是这种能量输送的主要途径之一。水在海洋中能够形成洋流，水又能够以气液相变的形式来大量地储存和输送能量。这种能量输送保持了全球的能量平衡，使得辐射的亏损区不至于太冷，辐射过剩区不至于太热，从而为生物提供了一种适宜的生活环境。
有时水循环会出现一些比较特殊的情况。在高纬度和高海拔区，自大气层降下的不是水而是雪。落在极地区或山地的雪积久可成冰，水因此得到保存，算是退出循环，退出时间一般为几十年、几百年或几千年。因此，冰雪的固结与消融，影响了参与水循环的水的总量，进而影响全球海面变化。
格陵兰冰盖和南极冰盖是世界上最大的冰库。如果全部融化，海洋的水位就会上升大约60米，这意味着各大洲的沿海地区、包括许多世界级大城市都将被淹没，海平面将高达纽约曼哈顿摩天大楼的20层楼的高度。
水分循环的过程是十分复杂的。除了这种海陆之间的水分循环外，海洋有自己的洋流等水圈内部的水循环；大气圈里有随着大气环流进行的大气内部水循环；大气圈与陆地之间，大气圈与洋面之间，有水汽形成降水，降落的水分又被蒸发的直接循环；岩石圈上存在地表水与地下水之间的转换与循环；生物体内也有生物水的循环等。
水分循环把地球上所有的水，无论是海洋、大气、地表还是生物圈中的水，都纳入了一个综合的自然系统中，水圈内所有的水都参与水的循环。像人体中，从饮水到水排出体外只要几个小时；大气中的水，从蒸发进入大气，到形成降水离开大气，平均来说，完成一次循环要8～10天；世界大洋中的水，如果都要蒸发进入大气，完成一次水分循环的过程，需要大约3000～4000年。
水分循环系统是一个水的自然净化系统。水源源不绝地从潮湿的表面蒸发，或者从植物表面蒸腾，当水蒸气进入大气时，大部分杂质留下来。雨水到了地面经过沙石的过滤和沉淀，成为洁净的水。在这个净化过程中，海洋起着巨大的作用。太阳、海洋和大气像一个巨大的蒸馏装置，时刻不停地运转着。
水分循环的存在使得水成为地球上最活跃的物质，使全球的水量和热量得到均衡调节。正是由于这种年复一年、日复一日永不停息的水分循环，才使得大气圈气象万千，使得地球表面千姿百态，生机盎然。假如水分循环停止，将再也看不到电闪雷鸣、雨雪霜雹；再也没有晴、阴、雨、云的天气变化；再也看不到江、河、湖、沼；当然更不会有森林、草原；动物与人类也将不存在。地球将陷入一片死寂，没有半点生气。
