普通天文學/水星
下次最大距角，西：2006年11月25日
下次最大距角，東：2006年10月17日
下次水星凌日將於2006年11月8日19時12分世界時開始。
隨後是2016年5月9日。
在羅馬和希臘神話中，水星在許多古代文明的宗教生活中發揮著重要作用。在羅馬宗教中，水星是商業之神和眾神使者，與希臘的赫爾墨斯相對應。他是在梅爾庫里亞節上受到尊敬的，這是一個主要由商人參加的五月節日。
水星是距離太陽最近的行星，平均距離為5790.9萬公里，赤道半徑為2439公里，因此水星不僅比月球大1367.6公里多一點，而且看起來也非常相似，因為這顆行星表面覆蓋著撞擊坑。水星的另一個獨特屬性是它幾乎完全是球形的，因為這顆行星的極直徑與其赤道直徑大致相同。
這顆行星的自轉軸傾角僅為0.01°，是太陽系中所有行星中最小的。水星在其繞太陽執行的軌道路徑上是直立的，僅需87.968天（115.88個會合週期）即可完成，因為這顆行星以47.87公里/秒的速度在太空中穿梭。
水星的軌道傾角為7°。如果有可能訪問水星，那麼北極星將是位於北天龍座（龍）中的十等星TYCHO 4215-996-1。
業餘天文學家首次嘗試透過觀察和繪製表面標記來測量這顆行星的太陽日長度，結果相差甚遠；此外，只有地球上的雷達和探測水星的航天器進行的真正測量才發現了4222.6小時的真實資料。因此，水星的太陽日長度接近176個地球日，大約是這顆行星公轉週期的兩倍。水星自轉三次的同時繞太陽公轉兩次，處於同步自轉狀態。這顆行星的恆星日——自轉一週所需的時間——為1407.6小時，或58.785個地球日。
史前人類可能已經看到了水星；第一次有記錄的觀測是公元前265年的蒂莫查里斯。早期的希臘人認為水星的東、西最大距角代表兩個不同的天體，他們分別稱為赫耳墨斯（昏星）和阿波羅（晨星）。當希臘人後來認識到水星是一個天體時，他們將其命名為赫耳墨斯，眾神使者，黃昏和黎明的守護神，他宣告了宙斯的到來。然而，古埃及人首先發現了水星（他們稱之為薩布庫）繞太陽執行。
對日耳曼人來說，水星被稱為沃登，我們對星期三這個詞的英語版本源於最初的沃登日。現在的名字水星直接來源於拉丁語名稱墨丘利，這是羅馬對希臘語名稱赫耳墨斯的名字。
因為水星及其鄰居金星是內行星——也就是說，它們位於地球軌道內——所以當它們繞太陽執行時，它們都能夠像我們的月球一樣顯示出相位。義大利天文學家祖普斯於1639年首次觀測到水星的相位。赫維留後來於1644年獨立地觀測到它們。
與水星和金星相關的另一種現象是行星凌日，當水星（或金星）經過地球和太陽之間時就會發生。在如此罕見的情況下，內行星可能會被看到作為一個小的黑色圓盤，在凌日時緩慢地穿過太陽明亮的表面。水星凌日最早由開普勒於1630年預測，並由伽桑迪觀測到。
第一次有記錄的表面標記觀測是由施羅特和哈丁於1800年進行的。同年，施羅特錯誤地測量了24小時的自轉週期，自轉軸與軌道平面成70°角。80年後，斯基亞帕雷利確定的另一個錯誤的自轉週期為88天，直到最近的雷達觀測出現才得到糾正，而雷達觀測又得到了第一艘訪問水星的航天器水手10號的測量結果的證實。
由於水星的低逃逸速度（4.3公里/秒）及其靠近太陽，人們一直認為水星根本沒有大氣，因為任何大氣原子的快速運動都將大於其逃逸速度。然而，探測器，特別是水手10號，確實探測到一個稀薄的大氣層——或“外逸層”——其總質量小於1000公斤。其測得的成分為：42%的氧氣（O2）、29%的鈉（Na）、22%的氫氣（H2）、6%的氦氣（He）和0.5%的鉀（K）。儘管水星的平均表面溫度為169攝氏度，但也存在非常少量的痕量水、氮和二氧化碳。然而，從各個方面來說，大氣層仍然基本上是真空狀態。
儘管水星與月球非常相似，但在許多方面也與它不同。這在水手10號任務之前，根據地球上的觀測結果是出乎意料的。一方面，已知水星反射陽光和雷達波的方式與月球相同。
這種相似性加上可能不存在任何明顯的大氣層，表明了一個佈滿隕石坑的表面和一層粉碎岩石的月球狀風化層覆蓋著這顆行星的表面，這是流星體轟擊的結果。另一方面，已知這顆行星的體積密度幾乎與地球相同，比月球大60%左右，這意味著水星是一個富含重元素的天體，並且像地球一樣，可能有一個富含鐵的核心。
水星的表面，就像月球一樣，佈滿了撞擊坑。然而，出乎意料的是，水星與月球不同，它有一個微弱但仍然類似地球的磁場，其起源無疑與一個巨大的富含鐵的核心有關。矛盾的是，水星有一個類似月球的外部和一個類似地球的內部。
當水手10號第一次接近水星時，隕石坑和盆地佔據了觀測到的明亮表面。水星的這一區域顯示了一個佈滿隕石坑的表面，乍一看可能會被誤認為是月球高地。與水星的這種景象形成鮮明對比的是，在探測器遠離水星時拍攝的照片顯示，該區域的特徵與進入時的景象完全不同，包括大型盆地和廣闊的相對平坦的區域，隕石坑很少。
平坦的表面顯然比進入時看到的佈滿隕石坑的地面年輕。這顆行星區域中最引人注目的特徵是一個巨大的圓形盆地，直徑為1300公里，這無疑是由一次巨大的撞擊產生的，類似於形成月球上的酒海盆地的事件。這個突出的水星特徵，名為卡洛里斯平原——或卡洛里斯盆地——充滿了形成平坦表面或平原的物質，在許多方面看起來都類似於月海。
因此，水星就像月球一樣，可以呈現出兩種完全不同的面貌：一種是像月球背面高地一樣的佈滿隕石坑的表面，另一種是像月球正面一樣的佈滿平原的大盆地區域。
然而，水星的佈滿隕石坑的區域和隕石坑本身都與其月球對應物有所不同。
水星的佈滿隕石坑的表面在隕石坑和盆地之間顯示出相對平坦的區域或平原，而月球高地則顯示出密集且重疊的隕石坑。在許多情況下，這些“隕石坑間”平原似乎早於大多數大型水星隕石坑形成的時間。
月球和水星佈滿隕石坑的表面可能有所不同，因為水星上的重力是月球上的兩倍。從水星上的主要隕石坑噴射出的物質的彈道範圍小於月球上的物質，因此，根據噴射速度，相同大小的隕石坑覆蓋的面積從五分之一到二十分之一不等。
因此，水星上的噴出物沉積物和次生隕石坑比月球上更靠近主要隕石坑；因此，儲存在水星表面特徵中的早期隕石坑記錄可能比月球上儲存得更好。月球上最近的大型盆地事件形成的噴出物次生隕石坑疊加在早期主要隕石坑的記錄上，增加了隕石坑的密度並抹去了早期的活動。
重力場的差異也可能是這兩個天體上相同大小的隕石坑幾何形狀變化的原因。在這兩種情況下，最小的隕石坑都是碗狀的，隨著尺寸的增加，它們會出現中央峰並在內壁上形成階地。
在更大的尺寸上，中央峰變成複雜的結構，並過渡到一個與隕石坑邊緣同心的內部山脈環。
雖然隕石坑幾何形狀的這種漸進變化在月球和水星上都是一樣的，但從一種型別到另一種型別的變化在水星上發生在較小的直徑上，這顯然反映了重力引起的原始挖掘隕石坑的修改。
水星和月球表面都佈滿了大量的隕石坑，但兩者之間一個重要的區別是水星表面存在著巨大的葉狀陡崖或懸崖，這些陡崖高數公里，綿延數百公里。
名為“發現”的陡崖是這種地貌的最佳範例之一。它的形狀和橫切關係表明，陡崖是由於擠壓應力產生的逆斷層造成的，可能是由於富含鐵的核心冷卻和收縮，導致地殼在全球範圍內縮短。
無論形成這些陡崖的機制是什麼，它們出現在儲存完好的大型隕石坑中，為其年齡建立了一個大致的相對時間尺度，並排除了自形成密集隕石坑的地面以來發生過行星範圍內的熔化或類似地球的地殼板塊運動的可能性。
水星上廣闊的平滑表面或平原已被分為三種類型。最廣泛的型別形成於大型隕石坑和盆地之間和周圍的平坦至緩傾斜的地面。
這些“隕石坑間”平原的特徵是疊加了極高密度的較小（5至10公里）隕石坑，這些隕石坑通常呈細長形、淺且暗示為次生起源。第二種型別，“丘陵”平原，出現在一個寬600至800公里的寬環內，環繞著卡洛里斯平原。這些平原由低矮、間距緊密到分散的丘陵組成，被解釋為產生卡洛里斯盆地的隕石坑事件期間噴射出的物質。“平滑”平原是第三種類型，形成相對平坦的地帶，隕石坑數量極少，卡洛里斯平原內部和外部以及一些較小的盆地（例如，北極四邊形中的北極平原）中都有。
平滑平原類似於月球上的月海，如果類似的話，則是由大規模的熔岩流形成的，這反映了卡洛里斯事件後水星上持續一段時間的火山活動。除了隕石坑表面和平原區域外，還存在一些其他獨特的地形特徵。
一個長達300公里的線性丘陵和谷地系統穿過或改變了發現四邊形中一些密集隕石坑區域的部分割槽域。這些山谷呈扇貝狀，寬度可達10公里。
這種型別地貌的最佳例子從莎士比亞四邊形中卡洛里斯山脈的山區邊緣向東北延伸超過1000公里。這兩個例子都類似於所謂的月球酒海雕塑。
人們普遍認為，這種線狀表面特徵是由大型盆地形成時次生彈射物挖掘以及盆地形成過程中行星地殼的斷裂和斷層造成的。與發現四邊形中的線狀構造相關的盆地尚不清楚，但它可能位於航海者10號相機無法拍攝到的黑暗半球上。
水星上一些最奇特和有趣的地貌位於發現四邊形中的另一個區域，該區域被稱為“丘陵和線狀”。這些丘陵寬5至10公里，高度從幾百米到近2公里不等。這個區域包括許多古老的退化隕石坑，其邊緣已被分解成丘陵和山谷。月球上兩個地點也存在類似的表面。在這三種情況下，這些區域都與最年輕的大型盆地（月球上的酒海和東方海以及水星上的卡洛里斯）相對。
因此，盆地的形成與丘陵和線狀地形之間可能存在遺傳關係。
有人認為，盆地撞擊產生的地震波在對蹠點區域聚焦，是造成這種奇特表面的原因。
從隕石坑輻射出的清晰明亮條紋或射線系統構成了水星表面另一個獨特的特徵，這再次與月球驚人地相似。射線穿過併疊加在所有其他表面特徵上，表明源隕石坑是水星表面最年輕的地形特徵。
儘管存在一些差異，但水星和月球之間表面特徵的驚人重複表明，儘管水星表面演化的絕對時間尺度必須保持不確定，但這兩個天體的相對事件序列必須非常相似，如果不是同時發生的。水星絕對時間尺度中最大的不確定性是：形成密集隕石坑表面（月球高地）和大型盆地（月球酒海和東方海）的猛烈轟擊何時結束？
在這些不確定性內，水星的演化可以分為五個階段或紀元。第一個紀元包括太陽系早期階段的時間間隔，太陽星雲凝結成固體，以及固體物質積累成水星的主體。
目前尚不清楚這顆行星是異質還是同質積累的；也就是說，它是否直接形成一個具有矽酸鹽地殼的鐵核，或者原水星最初是鐵和矽酸鹽的混合物，隨後熔化並分離成核和地殼結構。無論這顆行星如何積累，所有地殼熔化都必須在密集隕石坑表面中的隕石坑形成之前很久就已完成，才能使其形狀和幾何形狀儲存至今。
此外，如果水星在積累期間或緊隨其後曾經被包裹在大氣層中，那麼隕石坑就會發生風蝕作用，類似於火星上觀察到的情況。
由於尚未識別出這種退化，因此任何大氣層都必須在最古老的隕石坑表面形成之前消失。
積累和化學分離之後的第二個紀元是來自未知來源的大型天體猛烈轟擊的時期，產生了密集隕石坑表面和大型盆地；這個紀元在卡洛里斯事件發生時結束。目前尚不確定這段最後的大規模轟擊期是否是水星積累的終止階段，還是與吸積階段無關的第二階段轟擊。“隕石坑間”平原可能代表了早於這個第二個紀元的較古老的表面，或者它們可能是在大規模轟擊期間形成的。由於葉狀陡崖在隕石坑間區域普遍存在，並且有時穿過並變形了一些較老的隕石坑，因此核心收縮和地殼縮短可能發生在第一個紀元末期，並至少持續到第二個紀元的早期。
卡洛里斯盆地是一次標誌著第三紀元開始的大規模事件。它產生了卡洛里斯山脈和卡洛里斯平原，以及可以從山脈環追溯超過1000公里的較老密集隕石坑表面的噴出物沉積和雕刻。如果卡洛里斯盆地與我們月球上兩個最年輕的盆地酒海和東方海同時存在，那麼卡洛里斯事件的絕對時間約為40億年前。
第四紀元的開始緊隨卡洛里斯事件之後，這段時間不確定但可能很短。在此期間，形成了廣闊的平原，很可能是在廣泛的火山活動的結果，與產生月球月海的火山活動非常相似。然而，有人認為，圍繞卡洛里斯平原的平滑平原（即彗星、奧丁和提爾平原）是卡洛里斯的噴出物，在撞擊中被熔化。如果平滑平原類似於月球月海，那麼這個第四紀元可能代表了從40億年到30億年前的時期。如果平原是撞擊熔體，那麼它們必須與卡洛里斯事件同時存在，大約在40億年前。
水星曆史上可以識別出的第五個也是最後一個紀元可能從大約30億年前一直持續到今天。在此期間，水星上幾乎沒有發生任何事情，除了少量隕石碎片的“覆蓋”，這些碎片產生了許多突出的輻射隕石坑。平滑平原上的隕石坑數量與月球月海上的隕石坑數量非常相似。
月球和水星事件序列的表觀相似性對於解釋和理解類地行星的演化過程尤其重要。
現在很清楚，水星不僅與月球，而且與火星一樣，都經歷了早期強烈的產生隕石坑的轟擊（包括盆地事件），隨後是火山活動，然後是撞擊通量的大幅減少。
水星似乎是太陽系中最不可能找到冰的地方之一。作為距離太陽最近的行星，其溫度可以達到700°C以上。水星表面的一個本地日相當於176個地球日，因此表面在太陽的持續照射下緩慢旋轉。儘管如此，地球上的雷達成像顯示，水星的北極和南極附近存在高雷達反射率區域，這可能表明這些區域存在冰。這些區域似乎有幾十個，通常呈圓形。據推測，冰位於極地附近永久陰影籠罩的隕石坑內，那裡可能足夠寒冷，使冰能夠長時間存在。在地球的月球和火星上發現冰只會增強水星上存在冰的論點。
冰具有很高的雷達反射率，並且冰反射的雷達波往往高度去極化，這與構成水星表面大部分的典型矽酸鹽岩石不同。雖然不像木星的衛星歐羅巴、木衛三和木衛四等其他冰冷的太陽系天體那樣反射率高，但這些區域的反射率仍然明顯高於矽酸鹽材料。此外，反射波的去極化特性也是水冰的指示。阿雷西博的結果表明，雷達反射區域集中在隕石坑大小的斑點上。在南極，最大區域的位置似乎與巨大的晁孟頫隕石坑一致，較小的區域與其他已識別的隕石坑一致。在北極，包含雷達亮點的大部分割槽域沒有成像，因此無法與任何已知的隕石坑相關聯。
然而，對於在兩極成像的區域，大部分割槽域都與已知的隕石坑鬆散相關。極地附近的隕石坑可以提供水星上冰存在所需的永久或近永久陰影。
雷達結果表明，反射區域可能是相對未受汙染的冰。然而，與純冰特徵相比，較低的反射率表明冰可能被一層薄薄的灰塵或土壤覆蓋，或者沒有完全覆蓋隕石坑底部。請注意，尚未進行任何直接明確的冰探測。
雷達亮點區域與大型、可能永久陰影的極地隕石坑的重合是冰存在的強有力間接證據。
然而，雷達反射可以用某些其他雷達反射材料的增強來解釋，例如金屬硫化物或其他金屬凝結物，或沉澱的鈉離子。
對水星的研究是利用地球上的阿雷西博射電望遠鏡、戈德斯通天線和甚大天線陣（VLA）進行的。戈德斯通/VLA研究使用美國國家航空航天局深空網路70米戈德斯通碟形天線向水星發射8.51 GHz、460 kW、右旋圓偏振雷達波。美國國家射電天文臺的26個VLA天線接收反射波。雷達回波的校準和處理顯示，北極存在具有去極化特徵的雷達亮點（高雷達反射率）。阿雷西博觀測是透過向水星發射S波段（2.4 GHz）、420 kW、圓偏振編碼雷達波來進行的。波反射到水星再返回地球。波由阿雷西博射電望遠鏡發射和接收。
對返回訊號進行過濾和處理，可以得到水星表面分辨率約為15公里的雷達反射率圖。在南北極觀察到大約20個異常反射和高度去極化的特徵。
如上所述，水星上的所有區域每次都會暴露在太陽光下近90個地球日，溫度可達700°C以上。此外，水星沒有環境大氣，重力非常低。
水星表面的水冰直接暴露在真空中，除非始終保持低溫，否則會迅速昇華並逃逸到太空。這意味著冰永遠不能暴露在陽光直射下。
水星表面唯一可能出現這種情況的位置似乎是在兩極附近（此處顯示水星南極），一些隕石坑的坑底可能足夠深，可以提供永久的陰影。水星上是否存在這種永久陰影的隕石坑仍然存在問題。我們擁有的唯一近距離水星影像是由水手10號宇宙飛船在1974年和1975年的三次近距離飛越中拍攝的。
在每次飛越中，水星的同一半球都沐浴在陽光下，因此幾乎有一半的行星從未被拍攝過，無法確定哪些極地區域（如果有的話）處於永久陰影中。然而，假設典型隕石坑尺寸的理論研究表明，靠近兩極的隕石坑應該存在一些區域，其溫度永遠不會超過約102°C，即使是兩極的平坦表面也不會超過約167°C。其他研究也表明，水星極地隕石坑中的水冰可以在太陽系年齡範圍內保持穩定。
水星上只有兩個重要的冰源：隕石撞擊和行星脫氣。隕石，特別是在過去，可能將大量的水帶到水星表面。來自行星內部的水的脫氣也可能為表面提供不可忽略的水通量，儘管這只是推測。
水星兩極附近的永久陰影區域應該充當“冷阱”，因此任何到達這些區域的水都會在表面凍結並保留下來。（冰相對未受汙染的可能性可能表明每個沉積物是在一個或少量快速事件中沉積下來的，例如大型彗星撞擊。）在兩極附近撞擊的隕石和在該區域脫氣的水很容易被捕獲。
水星是距離太陽最近的行星，我們的太陽是一顆附近的恆星，它釋放出大量的光和熱。太陽的表面還會發生巨大的超熱等離子體爆發，稱為日珥，以及稱為日冕物質拋射的上層大氣。
然後，帶電原子粒子以極快的速度在太陽系中移動。因此，水星是定期處於“炮火”線上的行星，因此其表面不斷受到太陽風的沐浴。雖然水星的大氣層太薄且稀薄，無法侵蝕水星表面的特徵，但太陽風似乎確實會產生影響，儘管在漫長的時間尺度上是緩慢的。
質量 0.3302 kg 體積 6,083 km³ 赤道半徑 2,439.7 km 極半徑 2,439.7 km 橢率（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 視星等 -0.42（從地球上看）。衛星數量 無 行星環系統 無 平均軌道速度 47.87 km/s 軌道傾角 7º 軌道偏心率 0.2056 恆星自轉週期 1,407.6 小時 一天時長 4,222.6 小時
水星磁場
偶極場強度 0.0033 高斯-Rh^3 偶極子相對於自轉軸的傾角 169º 傾角的經度 285º（來自水星一號飛越）115º（來自水星三號飛越）。
凌日是指行星穿過太陽明亮圓盤的現象。此時，可以看到行星像一個小黑圓盤，緩慢地移動到太陽前面。
水星和金星的軌道位於地球軌道內部，因此它們是唯一能夠穿過地球和太陽之間產生凌日的行星。凌日是非常罕見的天文事件。在水星的情況下，每個世紀平均有13次凌日。只有當水星與太陽處於下合狀態（位於地球和太陽之間）並且也穿過地球的軌道平面（黃道）時，才會發生水星凌日。在地球歷史的當前時期，水星的軌道每年5月初和11月初都會穿過地球的軌道平面。如果水星在那段時間穿過地球和太陽之間，就會看到凌日現象。
在1601年到2065年的七個世紀期間，地球經歷了94次水星凌日。這些事件可以分為兩組：所有凌日 = 94 = 100.0%。5月（降交點）= 31 = 33.0%。11月（升交點）= 63 = 67.0%
水星的軌道高度偏心（e = 0.2056）。這導致水星與太陽的距離在4600萬公里到7000萬公里之間變化。在近日點，水星的軌道速度（59.0 km/s）比在遠日點（38.9 km/s）快50%以上。
此外，該行星的軌道相對於地球繞太陽執行的軌道傾斜了7度。如此劇烈變化和傾斜的軌道對水星凌日的特徵和頻率具有重要影響。
在5月份的凌日期間，太陽和水星的視直徑分別為1902角秒和12角秒。因此，水星看起來是太陽的1/158。相比之下，11月份凌日期間太陽和水星的視直徑分別為1937角秒和10角秒。因此，水星看起來是太陽的1/194。連續的水星凌日似乎間隔3.5年、7年、9.5年、10年或13年。
這種模式相當複雜，因為水星的軌道是橢圓形的。較短的週期是水星和地球軌道週期之間幾個較長諧波的結果。13年週期特別值得注意，因為它對應於水星繞太陽執行近54圈（它與完美契合相差僅2.01天）。一個更長的33年週期（10 + 10 + 13）產生了一個更好的契合，它對應於水星的137圈減去1.67天。如果將13年週期和33年週期結合起來，46年的總和等於水星的191圈加上僅0.34天。
組織水星凌日的一種有用方法是將其分組為一系列，其中每個成員間隔16802天或46年（= 13年和33年的總和）。因此，1957年、2003年和2049年的凌日屬於一個系列，而1960年、2006年和2052年的凌日屬於另一個系列。5月份的凌日發生在水星經過遠日點大約一個月後，因此該行星的執行速度接近其最小速度？
該行星相對於太陽的位置在每次凌日時大約移動200角秒。這種快速發展的幾何形狀意味著僅在5月份發生的凌日系列持續大約10個週期或414年。相比之下，11月份的凌日發生在水星到達近日點前幾天，因此該行星的執行速度接近其最大軌道速度。水星相對於太陽的位置在每次凌日時僅移動約100角秒，因此11月份的系列持續時間大約是5月份系列的兩倍。例如，第8系列（11月升交點）始於1776年，將持續到2604年，共19次凌日，跨越828年。相比之下，第9系列（5月降交點）最近才開始於1957年，將持續到2371年，共10次凌日，跨越414年。在任何時候，都可能同時執行約六個凌日系列。但由於11月份的系列持續時間是5月份系列的兩倍，因此11月份的凌日次數是5月份的兩倍。水星的凌日系列與日食和月食的沙羅週期非常類似，儘管它們更短，並且每個系列的事件數量往往較少。