人类对地球的探索自古以来从未停歇。古时，受限于观察手段，人们曾误以为地球是平坦的圆盘，天空如同穹顶覆盖。然而，随着科技的进步，公元前16世纪左右，学者开始提出地球可能是球形的理论。古希腊学者通过月食阴影推断地球呈弧形，尽管地心说在中世纪欧洲长期占据主导地位，但葡萄牙航海家麦哲伦的船队在1519至1522年间完成了环球航行，实践证明了地球的球形。
1957年，人造卫星拍摄了地球的全景照片，直观展现了地球两极稍扁、赤道略鼓的不规则球体形态。科学家认为，这种形态与太阳系诞生初期的情况密切相关。地球在形成初期，物质在引力作用下聚集，按物理学原理，均匀引力场中的物质会向中心坍缩，形成密度最大的核心，外部物质则围绕核心对称分布，最终形成球体。地球自转产生的离心力导致赤道区域物质向外膨胀，两极向内收缩，形成赤道半径略大于极半径的椭球体。
随着对地球外观认知的深入，学者们的目光逐渐转向地球内部。地球内部结构可分为地壳、地幔和地核三部分。地壳是最外层，厚度不均，大陆地壳平均约33公里，海洋地壳平均约6公里，主要由岩石和沉积物组成。2023年，科学家发现非洲大陆下方存在一个厚度达200公里的古老地壳结构，可能是由数十亿年前的板块碰撞形成，为大陆地壳稳定性研究提供了新证据。
地幔位于地壳之下，深度从17公里延伸至2900公里，占地球体积的83%。地幔分为上地幔（0-660公里）和下地幔（660-2900公里）。地幔物质因温度差异形成对流，驱动板块运动。2022年，科学家在太平洋下方发现直径约4000公里的巨型地幔柱，其上升热物质与夏威夷群岛的成因相关，可能解释了板块运动的动力源。
地核是地球最神秘的区域，结构特征可分为液态外核和固态内核。外核半径约3400公里，由铁镍合金构成，因高温（约5000℃）呈液态，对流产生地球磁场。固态内核半径约1220公里，在极端高压下结晶，旋转速度比地壳快约0.3°/年。然而，近年研究发现其旋转速度可能突然变化，如2020年发生的“刹车”事件。
地球磁场对生命至关重要。我国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中首次记载了磁针“常微偏东，不全南也”的现象，揭示了地磁偏角的存在，这一发现比西方早了400多年。地球磁场并非简单的两极磁体模型，其空间结构可分为三层：内核产生的稳定基本磁场占99%，外核电流形成的感应磁场构成变化磁场，地壳中的磁性矿物质则形成局部磁异常。
科学家研究发现，地球磁场每隔数十万年就会发生磁极倒转。最近一次发生在78万年前，持续时间约1万年。在此期间，磁场强度减弱至正常值的10%，导致宇宙射线大量穿透大气层。这种周期性变化与地核角动量转移密切相关。目前，地球磁场强度正以每年0.05%的速度衰减，虽然短期内不会完全消失，但未来磁极倒转的可能性始终存在。2020年南极上空出现的“磁洞”现象进一步提醒我们地球磁场的脆弱性。
在过去200年里，地球磁场强度下降了9%，尤其是在南大西洋异常区衰减明显。这片从非洲到南美的区域磁场比其他地方弱30%。科学家估计磁场强度每世纪会下降约5%-6%，如果长此以往，地球可能会变得和火星一样。火星之所以变成现在这样，是因为失去了磁场，导致太阳风逐渐剥离了其大气层。火星的案例凸显了磁场对生命的重要性。
