to są synonimy, nie przywiązuj uwagi do dosłownego znaczenia, ważne by znać kontekst by właściwie ich użyć, tak samo możesz użyć "What the heck..?" (łagodniejsza wersja od "What the hell?") i będzie to bardziej podobne do "What on earth...?". Mocniejsze od "hell" będzie tu "What the f**k?".

Problem z dokładnym tłumaczeniem tych zwrotów polega na tym, że nie mają jednego odpowiednika. Ich treść jest nieistotna, bo tak naprawdę chodzi o to, co chcemy wyrazić — złość, zdziwienie, zaskoczenie.
W języku polskim odpowiednikami takich wykrzyknień są m.in. "Co do cholery?!", "Co u diabła?!" "Na Boga!", "Co u licha?!", "Co jest?!". Tłumaczenie "What on earth?" musi zatem odnosić się do tego typu wyrażeń. Chociaż wszystkie mają ogólnie to samo znaczenie, to mogą się różnić intensywnością emocji, które wyrażamy, zwykle — im bardziej wulgarny zwrot, tym więcej emocji.
W angielskim stan zaskoczenia/złości mogą opisywać m.in. sformułowania:

What on earth! <— forma kulturalna; częściej występuje jako część rozpoczynająca zdanie, e.g. "What on earth has happened here?"
What in the world! <— jak wyżej
What the hell? <— wulgarna, chociaż fakt, że jest obecnie tak powszechnie stosowana, trochę osłabia jej emocjonalny wydźwięk
What the heck? <— mniej wulgarna, złagodzona forma "What the hell"; eufemizm
What the f***? <— mocno wulgarna

Twoje pytanie jest zasadne, bowiem według mnie "What on earth?" jest bardziej elegancką formą niż polskie "Co do diabła?". Lepsze byłoby raczej tłumaczenie "Co u licha?" albo jak pisze Elizanna — "Co na Boga?".

W ćwiczeniu, o którym wspominasz, "What on earth?" tłumaczy się jako "Co do diabła?", a w następnym przykładzie "What the hell?" to "Co u licha?". Gdyby zamienić tłumaczenia, byłoby trafniej. Co prawda to jest szczegół i tak naprawdę obie formy by przeszły, ale nie zaszkodzi trochę się zastanowić nad ich użyciem.
A jakby ktoś miał wątpliwości, czemu na końcu piszę raz wykrzyknik (exclamation point), raz znak zapytania (question mark), to dlatego, że oba znaki są dopuszczalne. Jako że takie wyrażenia są wykrzyknieniami (eksklamacjami), zasadne jest stosowanie wykrzyknika, nawet jeśli zdanie ma formę pytania.