普通天文学/水星
下次最大距角，西：2006年11月25日
下次最大距角，东：2006年10月17日
下次水星凌日将于2006年11月8日19时12分世界时开始。
随后是2016年5月9日。
在罗马和希腊神话中，水星在许多古代文明的宗教生活中发挥着重要作用。在罗马宗教中，水星是商业之神和众神使者，与希腊的赫尔墨斯相对应。他是在梅尔库里亚节上受到尊敬的，这是一个主要由商人参加的五月节日。
水星是距离太阳最近的行星，平均距离为5790.9万公里，赤道半径为2439公里，因此水星不仅比月球大1367.6公里多一点，而且看起来也非常相似，因为这颗行星表面覆盖着撞击坑。水星的另一个独特属性是它几乎完全是球形的，因为这颗行星的极直径与其赤道直径大致相同。
这颗行星的自转轴倾角仅为0.01°，是太阳系中所有行星中最小的。水星在其绕太阳运行的轨道路径上是直立的，仅需87.968天（115.88个会合周期）即可完成，因为这颗行星以47.87公里/秒的速度在太空中穿梭。
水星的轨道倾角为7°。如果有可能访问水星，那么北极星将是位于北天龙座（龙）中的十等星TYCHO 4215-996-1。
业余天文学家首次尝试通过观察和绘制表面标记来测量这颗行星的太阳日长度，结果相差甚远；此外，只有地球上的雷达和探测水星的航天器进行的真正测量才发现了4222.6小时的真实数据。因此，水星的太阳日长度接近176个地球日，大约是这颗行星公转周期的两倍。水星自转三次的同时绕太阳公转两次，处于同步自转状态。这颗行星的恒星日——自转一周所需的时间——为1407.6小时，或58.785个地球日。
史前人类可能已经看到了水星；第一次有记录的观测是公元前265年的蒂莫查里斯。早期的希腊人认为水星的东、西最大距角代表两个不同的天体，他们分别称为赫耳墨斯（昏星）和阿波罗（晨星）。当希腊人后来认识到水星是一个天体时，他们将其命名为赫耳墨斯，众神使者，黄昏和黎明的守护神，他宣告了宙斯的到来。然而，古埃及人首先发现了水星（他们称之为萨布库）绕太阳运行。
对日耳曼人来说，水星被称为沃登，我们对星期三这个词的英语版本源于最初的沃登日。现在的名字水星直接来源于拉丁语名称墨丘利，这是罗马对希腊语名称赫耳墨斯的名字。
因为水星及其邻居金星是内行星——也就是说，它们位于地球轨道内——所以当它们绕太阳运行时，它们都能够像我们的月球一样显示出相位。意大利天文学家祖普斯于1639年首次观测到水星的相位。赫维留后来于1644年独立地观测到它们。
与水星和金星相关的另一种现象是行星凌日，当水星（或金星）经过地球和太阳之间时就会发生。在如此罕见的情况下，内行星可能会被看到作为一个小的黑色圆盘，在凌日时缓慢地穿过太阳明亮的表面。水星凌日最早由开普勒于1630年预测，并由伽桑迪观测到。
第一次有记录的表面标记观测是由施罗特和哈丁于1800年进行的。同年，施罗特错误地测量了24小时的自转周期，自转轴与轨道平面成70°角。80年后，斯基亚帕雷利确定的另一个错误的自转周期为88天，直到最近的雷达观测出现才得到纠正，而雷达观测又得到了第一艘访问水星的航天器水手10号的测量结果的证实。
由于水星的低逃逸速度（4.3公里/秒）及其靠近太阳，人们一直认为水星根本没有大气，因为任何大气原子的快速运动都将大于其逃逸速度。然而，探测器，特别是水手10号，确实探测到一个稀薄的大气层——或“外逸层”——其总质量小于1000公斤。其测得的成分为：42%的氧气（O2）、29%的钠（Na）、22%的氢气（H2）、6%的氦气（He）和0.5%的钾（K）。尽管水星的平均表面温度为169摄氏度，但也存在非常少量的痕量水、氮和二氧化碳。然而，从各个方面来说，大气层仍然基本上是真空状态。
尽管水星与月球非常相似，但在许多方面也与它不同。这在水手10号任务之前，根据地球上的观测结果是出乎意料的。一方面，已知水星反射阳光和雷达波的方式与月球相同。
这种相似性加上可能不存在任何明显的大气层，表明了一个布满陨石坑的表面和一层粉碎岩石的月球状风化层覆盖着这颗行星的表面，这是流星体轰击的结果。另一方面，已知这颗行星的体积密度几乎与地球相同，比月球大60%左右，这意味着水星是一个富含重元素的天体，并且像地球一样，可能有一个富含铁的核心。
水星的表面，就像月球一样，布满了撞击坑。然而，出乎意料的是，水星与月球不同，它有一个微弱但仍然类似地球的磁场，其起源无疑与一个巨大的富含铁的核心有关。矛盾的是，水星有一个类似月球的外部和一个类似地球的内部。
当水手10号第一次接近水星时，陨石坑和盆地占据了观测到的明亮表面。水星的这一区域显示了一个布满陨石坑的表面，乍一看可能会被误认为是月球高地。与水星的这种景象形成鲜明对比的是，在探测器远离水星时拍摄的照片显示，该区域的特征与进入时的景象完全不同，包括大型盆地和广阔的相对平坦的区域，陨石坑很少。
平坦的表面显然比进入时看到的布满陨石坑的地面年轻。这颗行星区域中最引人注目的特征是一个巨大的圆形盆地，直径为1300公里，这无疑是由一次巨大的撞击产生的，类似于形成月球上的酒海盆地的事件。这个突出的水星特征，名为卡洛里斯平原——或卡洛里斯盆地——充满了形成平坦表面或平原的物质，在许多方面看起来都类似于月海。
因此，水星就像月球一样，可以呈现出两种完全不同的面貌：一种是像月球背面高地一样的布满陨石坑的表面，另一种是像月球正面一样的布满平原的大盆地区域。
然而，水星的布满陨石坑的区域和陨石坑本身都与其月球对应物有所不同。
水星的布满陨石坑的表面在陨石坑和盆地之间显示出相对平坦的区域或平原，而月球高地则显示出密集且重叠的陨石坑。在许多情况下，这些“陨石坑间”平原似乎早于大多数大型水星陨石坑形成的时间。
月球和水星布满陨石坑的表面可能有所不同，因为水星上的重力是月球上的两倍。从水星上的主要陨石坑喷射出的物质的弹道范围小于月球上的物质，因此，根据喷射速度，相同大小的陨石坑覆盖的面积从五分之一到二十分之一不等。
因此，水星上的喷出物沉积物和次生陨石坑比月球上更靠近主要陨石坑；因此，存储在水星表面特征中的早期陨石坑记录可能比月球上保存得更好。月球上最近的大型盆地事件形成的喷出物次生陨石坑叠加在早期主要陨石坑的记录上，增加了陨石坑的密度并抹去了早期的活动。
重力场的差异也可能是这两个天体上相同大小的陨石坑几何形状变化的原因。在这两种情况下，最小的陨石坑都是碗状的，随着尺寸的增加，它们会出现中央峰并在内壁上形成阶地。
在更大的尺寸上，中央峰变成复杂的结构，并过渡到一个与陨石坑边缘同心的内部山脉环。
虽然陨石坑几何形状的这种渐进变化在月球和水星上都是一样的，但从一种类型到另一种类型的变化在水星上发生在较小的直径上，这显然反映了重力引起的原始挖掘陨石坑的修改。
水星和月球表面都布满了大量的陨石坑，但两者之间一个重要的区别是水星表面存在着巨大的叶状陡崖或悬崖，这些陡崖高数公里，绵延数百公里。
名为“发现”的陡崖是这种地貌的最佳范例之一。它的形状和横切关系表明，陡崖是由于挤压应力产生的逆断层造成的，可能是由于富含铁的核心冷却和收缩，导致地壳在全球范围内缩短。
无论形成这些陡崖的机制是什么，它们出现在保存完好的大型陨石坑中，为其年龄建立了一个大致的相对时间尺度，并排除了自形成密集陨石坑的地面以来发生过行星范围内的熔化或类似地球的地壳板块运动的可能性。
水星上广阔的平滑表面或平原已被分为三种类型。最广泛的类型形成于大型陨石坑和盆地之间和周围的平坦至缓倾斜的地面。
这些“陨石坑间”平原的特征是叠加了极高密度的较小（5至10公里）陨石坑，这些陨石坑通常呈细长形、浅且暗示为次生起源。第二种类型，“丘陵”平原，出现在一个宽600至800公里的宽环内，环绕着卡洛里斯平原。这些平原由低矮、间距紧密到分散的丘陵组成，被解释为产生卡洛里斯盆地的陨石坑事件期间喷射出的物质。“平滑”平原是第三种类型，形成相对平坦的地带，陨石坑数量极少，卡洛里斯平原内部和外部以及一些较小的盆地（例如，北极四边形中的北极平原）中都有。
平滑平原类似于月球上的月海，如果类似的话，则是由大规模的熔岩流形成的，这反映了卡洛里斯事件后水星上持续一段时间的火山活动。除了陨石坑表面和平原区域外，还存在一些其他独特的地形特征。
一个长达300公里的线性丘陵和谷地系统穿过或改变了发现四边形中一些密集陨石坑区域的部分区域。这些山谷呈扇贝状，宽度可达10公里。
这种类型地貌的最佳例子从莎士比亚四边形中卡洛里斯山脉的山区边缘向东北延伸超过1000公里。这两个例子都类似于所谓的月球酒海雕塑。
人们普遍认为，这种线状表面特征是由大型盆地形成时次生弹射物挖掘以及盆地形成过程中行星地壳的断裂和断层造成的。与发现四边形中的线状构造相关的盆地尚不清楚，但它可能位于航海者10号相机无法拍摄到的黑暗半球上。
水星上一些最奇特和有趣的地貌位于发现四边形中的另一个区域，该区域被称为“丘陵和线状”。这些丘陵宽5至10公里，高度从几百米到近2公里不等。这个区域包括许多古老的退化陨石坑，其边缘已被分解成丘陵和山谷。月球上两个地点也存在类似的表面。在这三种情况下，这些区域都与最年轻的大型盆地（月球上的酒海和东方海以及水星上的卡洛里斯）相对。
因此，盆地的形成与丘陵和线状地形之间可能存在遗传关系。
有人认为，盆地撞击产生的地震波在对跖点区域聚焦，是造成这种奇特表面的原因。
从陨石坑辐射出的清晰明亮条纹或射线系统构成了水星表面另一个独特的特征，这再次与月球惊人地相似。射线穿过并叠加在所有其他表面特征上，表明源陨石坑是水星表面最年轻的地形特征。
尽管存在一些差异，但水星和月球之间表面特征的惊人重复表明，尽管水星表面演化的绝对时间尺度必须保持不确定，但这两个天体的相对事件序列必须非常相似，如果不是同时发生的。水星绝对时间尺度中最大的不确定性是：形成密集陨石坑表面（月球高地）和大型盆地（月球酒海和东方海）的猛烈轰击何时结束？
在这些不确定性内，水星的演化可以分为五个阶段或纪元。第一个纪元包括太阳系早期阶段的时间间隔，太阳星云凝结成固体，以及固体物质积累成水星的主体。
目前尚不清楚这颗行星是异质还是同质积累的；也就是说，它是否直接形成一个具有硅酸盐地壳的铁核，或者原水星最初是铁和硅酸盐的混合物，随后熔化并分离成核和地壳结构。无论这颗行星如何积累，所有地壳熔化都必须在密集陨石坑表面中的陨石坑形成之前很久就已完成，才能使其形状和几何形状保存至今。
此外，如果水星在积累期间或紧随其后曾经被包裹在大气层中，那么陨石坑就会发生风蚀作用，类似于火星上观察到的情况。
由于尚未识别出这种退化，因此任何大气层都必须在最古老的陨石坑表面形成之前消失。
积累和化学分离之后的第二个纪元是来自未知来源的大型天体猛烈轰击的时期，产生了密集陨石坑表面和大型盆地；这个纪元在卡洛里斯事件发生时结束。目前尚不确定这段最后的大规模轰击期是否是水星积累的终止阶段，还是与吸积阶段无关的第二阶段轰击。“陨石坑间”平原可能代表了早于这个第二个纪元的较古老的表面，或者它们可能是在大规模轰击期间形成的。由于叶状陡崖在陨石坑间区域普遍存在，并且有时穿过并变形了一些较老的陨石坑，因此核心收缩和地壳缩短可能发生在第一个纪元末期，并至少持续到第二个纪元的早期。
卡洛里斯盆地是一次标志着第三纪元开始的大规模事件。它产生了卡洛里斯山脉和卡洛里斯平原，以及可以从山脉环追溯超过1000公里的较老密集陨石坑表面的喷出物沉积和雕刻。如果卡洛里斯盆地与我们月球上两个最年轻的盆地酒海和东方海同时存在，那么卡洛里斯事件的绝对时间约为40亿年前。
第四纪元的开始紧随卡洛里斯事件之后，这段时间不确定但可能很短。在此期间，形成了广阔的平原，很可能是在广泛的火山活动的结果，与产生月球月海的火山活动非常相似。然而，有人认为，围绕卡洛里斯平原的平滑平原（即彗星、奥丁和提尔平原）是卡洛里斯的喷出物，在撞击中被熔化。如果平滑平原类似于月球月海，那么这个第四纪元可能代表了从40亿年到30亿年前的时期。如果平原是撞击熔体，那么它们必须与卡洛里斯事件同时存在，大约在40亿年前。
水星历史上可以识别出的第五个也是最后一个纪元可能从大约30亿年前一直持续到今天。在此期间，水星上几乎没有发生任何事情，除了少量陨石碎片的“覆盖”，这些碎片产生了许多突出的辐射陨石坑。平滑平原上的陨石坑数量与月球月海上的陨石坑数量非常相似。
月球和水星事件序列的表观相似性对于解释和理解类地行星的演化过程尤其重要。
现在很清楚，水星不仅与月球，而且与火星一样，都经历了早期强烈的产生陨石坑的轰击（包括盆地事件），随后是火山活动，然后是撞击通量的大幅减少。
水星似乎是太阳系中最不可能找到冰的地方之一。作为距离太阳最近的行星，其温度可以达到700°C以上。水星表面的一个本地日相当于176个地球日，因此表面在太阳的持续照射下缓慢旋转。尽管如此，地球上的雷达成像显示，水星的北极和南极附近存在高雷达反射率区域，这可能表明这些区域存在冰。这些区域似乎有几十个，通常呈圆形。据推测，冰位于极地附近永久阴影笼罩的陨石坑内，那里可能足够寒冷，使冰能够长时间存在。在地球的月球和火星上发现冰只会增强水星上存在冰的论点。
冰具有很高的雷达反射率，并且冰反射的雷达波往往高度去极化，这与构成水星表面大部分的典型硅酸盐岩石不同。虽然不像木星的卫星欧罗巴、木卫三和木卫四等其他冰冷的太阳系天体那样反射率高，但这些区域的反射率仍然明显高于硅酸盐材料。此外，反射波的去极化特性也是水冰的指示。阿雷西博的结果表明，雷达反射区域集中在陨石坑大小的斑点上。在南极，最大区域的位置似乎与巨大的晁孟頫陨石坑一致，较小的区域与其他已识别的陨石坑一致。在北极，包含雷达亮点的大部分区域没有成像，因此无法与任何已知的陨石坑相关联。
然而，对于在两极成像的区域，大部分区域都与已知的陨石坑松散相关。极地附近的陨石坑可以提供水星上冰存在所需的永久或近永久阴影。
雷达结果表明，反射区域可能是相对未受污染的冰。然而，与纯冰特征相比，较低的反射率表明冰可能被一层薄薄的灰尘或土壤覆盖，或者没有完全覆盖陨石坑底部。请注意，尚未进行任何直接明确的冰探测。
雷达亮点区域与大型、可能永久阴影的极地陨石坑的重合是冰存在的强有力间接证据。
然而，雷达反射可以用某些其他雷达反射材料的增强来解释，例如金属硫化物或其他金属凝结物，或沉淀的钠离子。
对水星的研究是利用地球上的阿雷西博射电望远镜、戈德斯通天线和甚大天线阵（VLA）进行的。戈德斯通/VLA研究使用美国国家航空航天局深空网络70米戈德斯通碟形天线向水星发射8.51 GHz、460 kW、右旋圆偏振雷达波。美国国家射电天文台的26个VLA天线接收反射波。雷达回波的校准和处理显示，北极存在具有去极化特征的雷达亮点（高雷达反射率）。阿雷西博观测是通过向水星发射S波段（2.4 GHz）、420 kW、圆偏振编码雷达波来进行的。波反射到水星再返回地球。波由阿雷西博射电望远镜发射和接收。
对返回信号进行过滤和处理，可以得到水星表面分辨率约为15公里的雷达反射率图。在南北极观察到大约20个异常反射和高度去极化的特征。
如上所述，水星上的所有区域每次都会暴露在太阳光下近90个地球日，温度可达700°C以上。此外，水星没有环境大气，重力非常低。
水星表面的水冰直接暴露在真空中，除非始终保持低温，否则会迅速升华并逃逸到太空。这意味着冰永远不能暴露在阳光直射下。
水星表面唯一可能出现这种情况的位置似乎是在两极附近（此处显示水星南极），一些陨石坑的坑底可能足够深，可以提供永久的阴影。水星上是否存在这种永久阴影的陨石坑仍然存在问题。我们拥有的唯一近距离水星图像是由水手10号宇宙飞船在1974年和1975年的三次近距离飞越中拍摄的。
在每次飞越中，水星的同一半球都沐浴在阳光下，因此几乎有一半的行星从未被拍摄过，无法确定哪些极地区域（如果有的话）处于永久阴影中。然而，假设典型陨石坑尺寸的理论研究表明，靠近两极的陨石坑应该存在一些区域，其温度永远不会超过约102°C，即使是两极的平坦表面也不会超过约167°C。其他研究也表明，水星极地陨石坑中的水冰可以在太阳系年龄范围内保持稳定。
水星上只有两个重要的冰源：陨石撞击和行星脱气。陨石，特别是在过去，可能将大量的水带到水星表面。来自行星内部的水的脱气也可能为表面提供不可忽略的水通量，尽管这只是推测。
水星两极附近的永久阴影区域应该充当“冷阱”，因此任何到达这些区域的水都会在表面冻结并保留下来。（冰相对未受污染的可能性可能表明每个沉积物是在一个或少量快速事件中沉积下来的，例如大型彗星撞击。）在两极附近撞击的陨石和在该区域脱气的水很容易被捕获。
水星是距离太阳最近的行星，我们的太阳是一颗附近的恒星，它释放出大量的光和热。太阳的表面还会发生巨大的超热等离子体爆发，称为日珥，以及称为日冕物质抛射的上层大气。
然后，带电原子粒子以极快的速度在太阳系中移动。因此，水星是定期处于“炮火”线上的行星，因此其表面不断受到太阳风的沐浴。虽然水星的大气层太薄且稀薄，无法侵蚀水星表面的特征，但太阳风似乎确实会产生影响，尽管在漫长的时间尺度上是缓慢的。
质量 0.3302 kg 体积 6,083 km³ 赤道半径 2,439.7 km 极半径 2,439.7 km 椭率（扁率） 0.0000 平均密度 5.427 g/cm³ 表面重力 6 km/s 逃逸速度 4.3 km/s 视星等 -0.42（从地球上看）。卫星数量 无 行星环系统 无 平均轨道速度 47.87 km/s 轨道倾角 7º 轨道偏心率 0.2056 恒星自转周期 1,407.6 小时 一天时长 4,222.6 小时
水星磁场
偶极场强度 0.0033 高斯-Rh^3 偶极子相对于自转轴的倾角 169º 倾角的经度 285º（来自水星一号飞越）115º（来自水星三号飞越）。
凌日是指行星穿过太阳明亮圆盘的现象。此时，可以看到行星像一个小黑圆盘，缓慢地移动到太阳前面。
水星和金星的轨道位于地球轨道内部，因此它们是唯一能够穿过地球和太阳之间产生凌日的行星。凌日是非常罕见的天文事件。在水星的情况下，每个世纪平均有13次凌日。只有当水星与太阳处于下合状态（位于地球和太阳之间）并且也穿过地球的轨道平面（黄道）时，才会发生水星凌日。在地球历史的当前时期，水星的轨道每年5月初和11月初都会穿过地球的轨道平面。如果水星在那段时间穿过地球和太阳之间，就会看到凌日现象。
在1601年到2065年的七个世纪期间，地球经历了94次水星凌日。这些事件可以分为两组：所有凌日 = 94 = 100.0%。5月（降交点）= 31 = 33.0%。11月（升交点）= 63 = 67.0%
水星的轨道高度偏心（e = 0.2056）。这导致水星与太阳的距离在4600万公里到7000万公里之间变化。在近日点，水星的轨道速度（59.0 km/s）比在远日点（38.9 km/s）快50%以上。
此外，该行星的轨道相对于地球绕太阳运行的轨道倾斜了7度。如此剧烈变化和倾斜的轨道对水星凌日的特征和频率具有重要影响。
在5月份的凌日期间，太阳和水星的视直径分别为1902角秒和12角秒。因此，水星看起来是太阳的1/158。相比之下，11月份凌日期间太阳和水星的视直径分别为1937角秒和10角秒。因此，水星看起来是太阳的1/194。连续的水星凌日似乎间隔3.5年、7年、9.5年、10年或13年。
这种模式相当复杂，因为水星的轨道是椭圆形的。较短的周期是水星和地球轨道周期之间几个较长谐波的结果。13年周期特别值得注意，因为它对应于水星绕太阳运行近54圈（它与完美契合相差仅2.01天）。一个更长的33年周期（10 + 10 + 13）产生了一个更好的契合，它对应于水星的137圈减去1.67天。如果将13年周期和33年周期结合起来，46年的总和等于水星的191圈加上仅0.34天。
组织水星凌日的一种有用方法是将其分组为一系列，其中每个成员间隔16802天或46年（= 13年和33年的总和）。因此，1957年、2003年和2049年的凌日属于一个系列，而1960年、2006年和2052年的凌日属于另一个系列。5月份的凌日发生在水星经过远日点大约一个月后，因此该行星的运行速度接近其最小速度？
该行星相对于太阳的位置在每次凌日时大约移动200角秒。这种快速发展的几何形状意味着仅在5月份发生的凌日系列持续大约10个周期或414年。相比之下，11月份的凌日发生在水星到达近日点前几天，因此该行星的运行速度接近其最大轨道速度。水星相对于太阳的位置在每次凌日时仅移动约100角秒，因此11月份的系列持续时间大约是5月份系列的两倍。例如，第8系列（11月升交点）始于1776年，将持续到2604年，共19次凌日，跨越828年。相比之下，第9系列（5月降交点）最近才开始于1957年，将持续到2371年，共10次凌日，跨越414年。在任何时候，都可能同时运行约六个凌日系列。但由于11月份的系列持续时间是5月份系列的两倍，因此11月份的凌日次数是5月份的两倍。水星的凌日系列与日食和月食的沙罗周期非常类似，尽管它们更短，并且每个系列的事件数量往往较少。