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水星

距離太陽最近的行星
（重定向自辰星）

水星（拉丁语：Mercurius），中国古称辰星；据说，古人观察辰星呈深灰色，黑色于“五行”属水，深灰近于黑色，而命名为水星[13][14]。

水星 ☿
取自信使神太空船的水星合成影像
编号
形容词Mercurian, Mercurial,[1] Hermian[2]
轨道参数[5]
历元 J2000
远日点
  • 69,817,900 公里
  • 0.466 697 AU
近日点
  • 46,001,200公里
  • 0.307 499 AU
半长轴
  • 57,909,100公里
  • 0.387 098 AU
离心率0.205 630[3]
轨道周期
会合周期115.88 d[3]
平均轨道速度47.87 km/s[3]
平近点角174.796°
轨道倾角
升交点黄经48.331°
近日点参数29.124°
已知卫星无
物理特征
平均半径
  • 2,439.7 ± 1.0 km[6][7]
  • 0.387370494907902 地球半径
扁率0[7]
表面积
  • 7.48×107 km2[6]
  • 0.147 地球面积
体积
  • 6.083×1010 km3[6]
  • 0.056 地球体积
质量
  • 3.3022×1023 kg[6]
  • 0.055 地球质量
平均密度5.427 g/cm3[6]
表面重力
4.25 km/s[6]
恒星周期
赤道自转速度10.892 km/h（3.026 m/s）
转轴倾角2.11′ ± 0.1′[8]
北极赤经
  • 18 h 44 min 2 s
  • 281.01°[3]
北极赤纬61.45°[3]
反照率
表面温度 最低 平均 最高
0°N, 0°W [10] 100 K 340 K 700 K
85°N, 0°W[10] 80 K 200 K 380 K
视星等−2.6[11] to 5.7[3][12]
角直径4.5" – 13"[3]
大气特征[3]
表面气压<~5 x 10-15 bar (0.005 picobar) （大气质量<~10000 kg）
成分

水星是太阳系的八大行星中最小和最靠近太阳的行星。轨道周期是87.9691 地球日，从地球上看，它大约116天左右与地球会合一次，公转速度远远超过太阳系的其他星球。水星的快速运动使它在罗马神话中被称为墨丘利，是快速飞行的信使神。由于大气层极为稀薄，无法有效保存热量，水星表面昼夜温差极大，为太阳系行星之最。白天时赤道地区温度可达432°C，夜间可降至-172°C。极区气温则终年维持在-172°C以下。水星的轴倾斜是太阳系所有行星中最小的（大约1/30度），但它有最大的轨道偏心率[注 1]。水星在远日点的距离大约是在近日点的1.5倍。水星表面充满了大大小小的坑穴，外观看起来与月球和其他卫星相似，显示它的地质在数十亿年来都处于非活动状态。

水星无四季变化。它也是唯一与太阳轨道共振的行星。相对于恒星，它每自转三圈的时间与它在轨道上绕行太阳两圈的时间几乎完全相等。从太阳看水星，参照它的自转与轨道上的公转运动，是每两个水星年才一个太阳日。因此，对一位在水星上的观测者来说，一天相当于两年。

因为水星的轨道位于地球的内侧（与金星相同），所以它只能在晨昏之际与白天出现在天空中，而不会在子夜前后出现。同时，也像金星和月球一样，在它绕着轨道相对于地球，会呈现一系列完整的相位。虽然从地球上观察，水星会是一颗很明亮的天体，但它比金星更接近太阳，因此比金星还难看见。

从地球看水星的亮度有很大的变化，视星等从-2.3至5.7等，但是它与太阳的分离角度最大只有28.3°。当它最亮时，从技术角度上讲应该很容易就能从地球上看见它，但由于其距离太阳过近，实际上并不容易找到。除非有日全食，否则在太阳光的照耀下通常看不见水星。在北半球，只能在凌晨或黄昏的曙暮光中看见水星。而当大距出现在赤道以南的纬度时，在南半球的中纬度可以在完全黑暗的天空中看见水星。

水星轨道的近日点每世纪比牛顿力学的预测多出43角秒的进动，这种现象直到20世纪才从爱因斯坦的广义相对论得到解释。[15]

概述

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由于水星十分接近太阳，时常被太阳光所笼罩，勘测相当困难，因此我们对水星的所知相当有限，迄今只有两艘太空船曾大致勘察过水星。第一艘是1974至1975年的水手10号，只描绘了45%的水星表面图[16]。第二艘是信使号，在2008年1月14日掠过水星，描绘了另外30%的表面[16]。信使号于2011年3月17日再度抵达水星，并且进入环绕轨道，开始对水星表面进行全面的探测。

实际上，水星外观很像月球，表面有许多的坑穴，没有天然卫星，也没有实际的大气层；它有巨大的铁核，磁场强度约是地球的1% [17]。由于水星有着巨大的核，富含金属矿物的地质组成，使得它的密度非常高。水星的表面温度为90至700K（-180至430°C），日下点是最热的地方，靠近地理极的坑穴底部是温度最低之处。

水星的观测纪录可以追溯到公元前3,000年的苏美尔人，希腊的赫西俄德时代称之为Στίλβων（拉丁化：“Stilbon'”）（“the gleaming”）和“Hermaon”。今天英文中的名称来自罗马，是罗马神话中众神的信使墨丘利（Mercurius），相当于希腊的赫耳墨斯（Hermes）和巴比伦的纳布。在天文学上的符号是一个古老的占星符号，一个很有风格的版本是带着有翅膀的头盔持着众神手杖（caduceus）的“传信天使”。在公元前5世纪，希腊天文学家认为水星是两个不同的天体，这是因为它时常交替地出现在太阳的两侧；一颗出现在日落之后，它被叫做墨丘利；另一颗则出现在日出之前，为了纪念太阳神阿波罗，它被称为阿波罗。毕达哥拉斯后来指出他们实际上是相同的一颗行星。

在印度，水星被称为“Budha”（बुध），是月亮之神（“Chandra”）的儿子；在希伯来，称为“Kokhav Hamah”（כוכב חמה），意思是来自太阳的炎热之星。

在中国，水星是五行之一，又称为“辰星”。《五星占》，成书时间在汉朝初年，用列表的形式记录了从秦始皇元年（公元前246年）到汉文帝三年（公元前177年）70年间金星、木星、水星、土星、火星的位置其中，其中讲到“北方水，其帝颛顼，其丞玄冥，其神上为辰星。”就五星与五方、五行、五帝等作了严整的对应，这是将五大行星和五行学说相结合的最早记录。《晋书》内提及：“辰星曰北方冬水，智也，听也。智亏听失，逆冬令，伤水汽，罚见辰星。辰星见，则主刑，主廷尉，主燕赵，又为燕、赵、代以北；宰相之象。亦为杀伐之气，战斗之象。又曰，军于野，辰星为偏将之象，无军为刑事。和阴阳，应效不效，其时不和。出失其时，寒署失其节，邦当大饥。当出不出，是谓击卒，兵大起。在于房心间，地动。亦曰，辰星出入躁疾，常主夷狄。又曰，蛮夷之星也，亦主刑法之得失。色黄而小，地大动。光明与月相逮，其国大水。”

内部构造

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水星的内部结构:
1. 地壳: 厚度100–300 km
2. 地幔: 厚度600 km
3. 核心: 半径1,800 km

水星是太阳系内与地球相似的4颗类地行星之一，有着与地球一样的岩石个体。它在赤道的半径为2,439.7公里，是太阳系中最小的行星[3]，水星甚至比一些巨大的天然卫星（如甘尼米德和泰坦）还要小 － 虽然质量较大。水星由大约70%的金属和30%的硅酸盐材料组成[18]，水星的密度是每立方公分5.427公克，在太阳系中是第二高的，仅次于地球的每立方公分5.515公克[3]。如果不考虑重力压缩对物质密度的影响，水星物质的密度将是最高的。未经重力压缩的水星物质密度是每立方公分5.3公克，相较之下地球物质只有每立方公分4.4[19]。

从水星的密度可以推测其内部结构细节。地球的高密度，特别是核心的高密度，是由重力压缩所导致的。水星的质量及重力是如此的小，它的内部不会被强力的挤压，所以它要有如此高的密度，其核心必然是巨大的且含有许多的铁。[20]

 
类地行星的大小比较 (由左至右）：水星、金星、地球、和火星

地质学家估计水星的核心占有体积的55%；地球的核心只占体积的17%。水星富铁的核心占据了其总质量的至少60%，它的半径更是达到了水星半径的四分之三。最近的研究强烈支持水星有一个熔融的核心[21][22]，包围着核心的是500–700公里厚的硅酸盐地幔[23][24]。太阳系类地行星中，只有水星和地球拥有全球性的磁场。天文学家认为这些磁场是由它们核心外层中的电流所产生。根据水手10号任务和从地球观察的资料，水星的地壳被认为只有100-300公里的厚度[25]。水星表面的一大特征是有无数的窄脊，可以延伸到数百公里长，相信都是在水星的地壳凝固后，核心和地幔因冷却而收缩造成的[26]。

水星核心含有的铁高出太阳系内任何主要的行星，已经有几种理论被提出来解释。得到最广泛支持的理论是水星原本有着类于于常见的球粒陨石金属—硅酸盐比率的核心，被认为是太阳系内典型的岩石物质，质量大约是目前质量的2.25倍[27]。在太阳系早期的历史中，水星可能遭受到一颗直径数百公里，质量约为其1/6的微行星撞击[27]。这次撞击剥离了大量原始的地壳和地幔，留下的核心就相对的成为组成中较大的部分[27]。这一假说得到了信使号分光仪对水星表面元素丰度观测的支持。一个类似的假说，称为巨大撞击假说，被用来解释地球的卫星，月球的形成[27]。

另一假说为，水星在太阳输出的能量稳定下来之前就已经在太阳星云中形成。这颗行星原本的质量是目前的两倍，但在原行星的收缩过程中。当时水星的温度可能在2,500-3,500K，并且可能高达10,000K[28]，水星表面许多的岩石成分在如此的高温下可能都汽化，成为大气层中的“岩石蒸汽”，然后被太阳风带走了[28]。

第三种假说认为，太阳星云造成水星吸积的物质被拖曳，这意味着水星表面较轻的物质会从吸积的材料中丢失[29]。每种假说预测的水星表面有不同的成分，信使号和即将执行的贝皮可伦坡号任务都试图经由观测来测试上述的学说[30][31]。信使号已经发现表面的钾和硫的含量在预测水准之上，巨大撞击假说的地壳和地幔的汽化未曾发生，因为钾和硫都会在这些事件的高温下被驱离。此一发现似乎倾向于较轻的行星材料受到拖曳而离开，造成较重的金属材料被浓缩[32]。

信使号的分光仪已经测量水星的组成，科学家发现水星的岩石所含的镁比起地球或月球表面要多得多，而铝则少得多。

表面地质

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来自信使号的第一张水星假色影像
 
信使号飞越水星的第二张影像。柯伊伯撞击坑刚好位于中央。广泛的射纹系统来自顶部附近的北斋撞击坑
主条目：水星地质

水星的表面与月球很相似，呈现出像海的广大平原和大量的撞击坑，显示它数十亿年来都处于非地质活动状态。我们对水星地质的认识建立在1975年飞越水星的水手10号和地面的观测，它是我们了解最少的类地行星[22]。当信使号最近飞越水星的资料被处理过后，这方面的知识将会有所增进。例如，科学家们已经发现一个不寻常的火山口辐射槽，称之为“蜘蛛”[33]。稍后，被重新命名为阿波罗多罗斯。

在水星表面特征的命名有着不同的来源，取自已经过世的人名。坑穴使用艺术家、音乐家、书画家和作家，他们都在各自的领域中有着杰出或基础的贡献。山脊或皱脊以对水星的研究有贡献的科学家命名；洼地或地沟以建筑师来命名。山脉以各种不同语言中热门的单词来命名；平原或平原低地以各种不同语言的水星之神名称来命名。悬崖或峭壁以科学探险船命名；山谷或谷地则使用电波望远镜命名[34]。

反照率特征指使用不同领域的望远镜观测，明显的有不同反照率的地点。水星拥有山脊（有时也称为皱脊），像月球的高地、山脉（山）、平原或平原低地 （Planitia）、悬崖（Rupes）和谷地（山谷）[35][36]。

水星在46亿年前形成时，曾经经历过彗星和小行星短暂的轮番轰击，在38亿年前结束，可能是独立发生的后期重轰炸期[37]。在这些剧烈形成陨石坑的期间，由于缺乏大气层来减缓撞击[38]，行星表面整个都被陨石坑覆盖着[36]。在这个期间，行星有着火山的活动，像是卡洛里盆地等盆地都被来自行星内部的岩浆覆盖着，形成如同在月球上发现的海一样的平原[39][40]。

信使号于2008年10月28日飞越水星，让研究人员获得更多鉴别水星表面浑沌地形的资料。水星的表面比火星和月球更为复杂 及诡异，它包含了大量在两者上都值得注意的类似地质，像是海和平原等[41]。

撞击盆地和坑穴

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水星的卡洛里盆地是在太阳系内最大的撞击特征之一
 
这个被称为"古怪地形" (Weird Terrain) 的地区形成于卡洛里盆地的对跖点。

水星坑穴的范围，在直径上从小型的碗型腔到跨越数百公里的多环撞击坑。从相对新鲜亮丽到高度退化火山口的残余物，展示了所有退化阶段的现象。水星的撞击坑与月球的有着微妙的差异，它们的喷发物覆盖的区域小得多，这显示水星有较强的表面重力[42]。

已知最大的陨石坑之一是卡洛里盆地，直径为1,550公里[43]。撞击并创建卡洛里盆地的影响是如此的强大，它造成的火山熔岩喷发，留下高度在2公里以上的同心圆环围绕着陨石坑。在卡洛里盆地的对跖点是不寻常的、被称为“怪异地形”的大片丘陵地形区域。这种地形起源的一种假说是：撞击出卡洛里盆地的激震波环绕着行星，汇聚在盆地的对跖点（相距180度），结果造成了高应力的裂缝表面[44]；另一种说法则认为是喷出物直接汇聚在卡洛里盆地对跖点的结果[45]。

整体而言，在已有的水星影像中大约已经发现15个撞击盆地。一个显著的盆地是400公里宽、有着多重环的托尔斯泰盆地，它的喷发物覆盖造成的平原，从山脊和地板延伸达500公里。直径625公里的贝多芬盆地有着相似规模的喷发覆盖物[42]。和月球一样，水星的表面也有遭受太空风化过程的影响，包括太阳风和微陨石撞击的影响[46]。

平原

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水星有两种地质显著不同的平原[42][47]。在坑穴之间，起伏平缓、多丘陵的平原，是水星表面可见最古老的地区[42]，早于猛烈的火山口地形。这些埋藏着陨石坑的平原似乎已湮灭许多较早的陨石坑，并且缺乏直径在30公里以下，以及更小的陨石坑[47]。还不清楚它们是起源于火山还是撞击[47]，这些埋藏着陨石坑的平原大致是均匀的分布在整个行星的表面。

其平原是广泛的平坦区域，布满了各种大大小小的凹陷，和月球的海非常相似。值得注意的是，它们广泛的环绕在卡洛里盆地的周围。不同于月海，水星平坦的平原和埋藏着陨石坑的古老平原有着相同的反照率。尽管缺乏明确的火山特征，在地化的平台和圆角、分裂的形状都强烈的支持这些平原起源于火山[42]。值得注意的是，所有水星平坦平原的形成都比卡洛里盆地晚，比较在卡洛里喷发覆盖物上可察觉的小陨石坑密度可见一斑[42]。卡洛里盆地的地板填满了独特的平原地质，破碎的山脊和粗略的多边形碎裂。不清楚是撞击诱导火山熔岩，还是撞击造成大片的融化[42]。

行星表面一个不寻常的特征是众多的压缩皱褶或悬崖，在平原表面交错著。随着行星内部的冷却，它可能会略为收缩，并且表面开始变型，造成了这些特征。凹陷也在其它地形，像是坑穴和平滑的平原，顶部看见，显示这些皱褶是在最近才形成的[48]。水星的表面也会被太阳扭曲—太阳对水星的潮汐力比月球对地球的强17倍[49]。

信使号在水星北极地区发现了水星上最大的火山平原开阔区之一，覆盖面积约400万平方千米，深度几千米。它帮助确认了火山活动在水星历史的大多数时间里对于塑造其地壳起到了关键作用。

表面状态和“大气层”（外逸层）

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主条目：水星大气
 
水星北极点的雷达影像
 
国家航空航天局确认，在水星北极的永久阴暗坑洞内，发现隐藏着大量冻冰[50]

由于缺乏大气的包围，水星表面的赤道和两极之间有着陡峭的温度差，温度范围从100K至700K[51]。日下点的温度在近日点时高达700K，而在远日点时只有550K[52]；在行星夜晚的那一侧，平均温度是110K[53]。阳光的强度范围是太阳常数（1,370 W·m−2）的4.59和10.61倍[54]。

虽然水星表面的温度在白天是非常的高，但观测的结果仍然强烈的支持冰（冻结的水）存在于水星。在极区深坑的底部从未被阳光直接照射过，温度依然维持在102K以下，远低于全球的平均温[55]水冰强烈的反射了雷达，金石70米的望远镜和VLA在1990年代早期的观测，透漏了在接近极区有非常高的雷达反射斑点[56]。虽然冰不是造成这些反射区域的唯一可能原因，但天文学家相信冰是最有可能的[57]。

相信冰的区域拥有大约1014–1015公斤的冰[58]，并且可能覆盖着一层表岩屑，抑制了升华[59]。相较之下，地球南极的冰层大约有4×1018公斤的冰，火星南极的冰帽大约有1016公斤的冰[58]。水星上冰的来源还不清楚，但有两种最可能的来源：从行星内部排放出来的，或是彗星撞击造成的沉积[58]。

2012年11月29日，水星探测卫星信使号团队发言人表示，科学家在水星北极区域永远晒不到太阳的阴暗坑洞内发现大量冻冰（重量可能多达1012公吨）。[50]

水星不仅太小，而且太热，因此它的引力不足以长期留住大气层；但它确实有一个稀薄的、局限在表面的外逸层[60]，包含着氢、氦、氧、硫、钙、钾和其它元素。这个外逸层并不稳定，原子会不断的失去和由其它不同的来源获得补充。氢和氦可能来自太阳风，并在逃逸回太空之前先扩散至水星的磁层。元素的放射性衰变是水星地壳内氦、钠和钾的另一个来源。信使号发现钙、氦、氢氧化物、镁、氧、钾、硅和钠的比例偏高。也有水蒸气的存在，组合的过程发表如下：彗星撞击其表面，溅射创造出的水，其中的氢来自太阳风，氧来自岩石，和在极区坑洞内永久阴影下储存的冰升华。检测到许多由水释出的离子，如O+、OH-、和H2O+则是一个惊喜[61][62]。由于这些为数可观的离子是在水星的太空环境中发现的，因此科学家推测是被太阳风从水星表面或外逸层摧毁的分子[63][64]。

在1980-1990年代，在大气层中发现钠、钾、钙，相信主要是表面的岩石被微陨石撞击汽化导致的[65]。在2008年，信使号探测器发现了镁[66]。研究指出，钠的排放是区域性的点，对应于这颗行星的磁极。这将显示出在磁层和行星表面之间的交互作用[67]。

磁场和磁气层

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主条目：水星磁场
 
图表显示出水星磁场的相对强度

尽管水星很小和以59天的长周期自转，水星仍有值得注意的全球性磁场。根据水手10号的测量，他的强度仅有地球的1.1%。在水星赤道的磁场强度大约是300nT[68][69]。像地球一样，水星的磁场是双极的[67]。不同于地球的是，水星的磁极和水星的自转轴几乎是一致的[70]。来自水手10号和信使号两艘太空船的测量，都指出水星磁场的强度和形状都是稳定的[70]。

这个磁场可能是经由发电机效应形成的，有些类似于地球的磁场[71][72]。这种发电机效应起因于行星富含铁的液体核心的循环，特别是行星轨道的高离心率带来强烈的潮汐作用，使核心保持液态更是发电机效应所必须的[73]。

水星磁场的强度足以偏转围绕着该行星的太阳风，创造出磁层。水星的磁层虽然很小，但已足以将地球包含在内[67]，也强到可以将太阳风的等离子拘束在内，对行星表面的太空风化产生贡献[70]。水手10号太空船的观测在水星夜半侧的磁层内部侦测到低能量的等离子，在磁尾也侦测到高能量的微粒爆炸，这些都显示了水星磁层的动力学性质[67]。

在2008年10月6日的第二次飞掠水星，信使号发现水星的磁场有甚高频的“渗漏”。太空船遭遇到磁性的“龙卷风”，即缠绕扭曲的磁场与行星磁场联结并深入行星际空间，宽度达到800公里，或是行星半径的1/3。这个龙卷风形成时夹带着太阳风的磁场联结到水星的磁场。随着太阳风刮过水星的磁场，这些联结的磁场会被携走和扭曲成类似漩涡状的结构。这些扭曲的磁通量管，技术上称为通量传输事件，形成行星磁盾中开放的窗口，太阳风可以长驱直入并直接撞击到水星的表面[74]。

这种联结行星际和行星磁场的过程称为磁重联，在宇宙中是很普遍的。它也发生在地球的磁场，通常也会产生磁场的龙卷风。信使号的观测显示重联结的速率在水星高出了10倍。但依水星和太阳的距离，信使号观测到的重联结仅有1/3[74]。

轨道和自转

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水星轨道 (黄色)。日期参考2006年。
 
模拟水星和地球公转太阳的轨道。

水星是所有的行星中离心率最大的；它的离心率是0.21，使它与太阳的距离在4600万至7000万公里的范围之间变动。它以87.969地球日的周期完整地公转太阳一圈。 右边的水星轨道图叠加上有着相同半长轴的圆形轨道，以显示出轨道离心率造成的影响。以5天为间隔的标示显示出在近日点时有着较大的距离，清楚的显示出比较高的轨道速度。球的大小，与它们和太阳的距离成反比，用来说明日心距离的变化。到太阳距离的变化，结合行星绕着自转轴的自转轨道共振，造成表面温度复杂的变化[18]。 这种共振使得一个水星日的长度是水星的两年，或是大约176个地球日[75]。

水星的轨道平面对地球的轨道平面（黄道）有着7度的倾斜，显示在右图中。结果是，水星横越过太阳前方的凌日，只有在水星穿越黄道平面之际，也位于地球和太阳之间时才会发生。平均下来，大约7年才会发生一次[76]。

水星的转轴倾角几乎是零[77]，最佳的测量值小于0.027度[8]。这明显的远小于木星，它是转轴倾角第二小的行星，数值为3.1度。这意味着位于水星极点的观测者，太阳中心点的高度永远不会高于地平线上2.1弧分[8]。

在水星表面上的某些点，观测者可以看见太阳上升到半途时，会反转回去日落，然后再度日出；在所有的点上，这些都发生在同一个水星日。这是因为在近日点前大约4个地球日时，水星轨道的角速度，几乎与他的自转速度相同，所以太阳的视运动会停滞；在近日点时，水星轨道的角速度超过水星自转的角速度。因此，对假设在水星上的观测者，会明显的看到太阳逆行。通过近日点4天之后，在这些点上观测到的太阳视运动又恢复正常了[18]。

水星与地球内合（最靠近地球）的周期平均是116地球日[3]，但是由于水星轨道的离心率，这个间隔从105日至129日不等。水星与地球的距离可以近到7730万公里[3]，但在AD28,622年之前不会接近至8000万公里以内，最近的接近是在2679年的8210万公里，然后是4487年的8200万公里[78]。从地球可以看见它逆行的时间大约是在内合前后的8-15天，所以会有如此大范围差距变化，完全是因为它有着较大的离心率[18]。

自旋轨道共振

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在公转一周之际，水星自转1.5圈，所以完整的公转两周之后，同一个半球再度被照亮

1889年意大利天文学家乔凡尼·斯基亚帕雷利经过多年观测认为水星自转时间和公转时间都是88天。

许多年以来，水星被认为是与太阳同步的潮汐锁定，在每一次的轨道公转中都以同一面朝向太阳，就像月球始终以同一面朝向地球。在1965年的雷达观测，美国天文学家才测量出水星自转的精确周期是58.646天，证明水星以3:2的自旋轨道共振，每公转太阳二次时也自转三次；而水星轨道的高离心率使得此共振稳定—在近日点，太阳的潮汐力最强，太阳也平静（稳定）的出现在最靠近水星的天空[79]。

起初，天文学家认为它被同步锁定的原因是，当水星在适合观测的位置上时，它几乎总是在3：2共振的相同位置上，因此呈现相同的面貌。这也是因为水星公转周期与地球会合周期一半的巧合，由于水星3：2的自旋轨道共振，因此一太阳日（太阳两次过中天的时间间隔）约176地球日[18] ，而一恒星日（自转周期）则约59地球日[18]。

模拟的研究显示水星轨道的离心率是混乱的，在数百万年的时间内会因为其它行星的摄动从接近0（圆形）至超过0.45之间变动[18][80]。这被认为可以解释水星的3：2自旋轨道共振（而非更常见的1：1），因为这种状态在高离心率轨道的时期中是可能发生的[81]。数值模拟显示未来长期轨道共振，与木星的交互作用会造成近日点距离的增加，在未来的50亿年内有1%的几率会与金星碰撞[82][83]。

参见：开普勒定律

近日点的前进

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主条目：水星拱点进动

1859年，法国数学家和天文学家于尔班·勒威耶报告水星环绕太阳的轨道有着牛顿力学和现有已知的行星摄动不能完满解释的缓慢进动。他建议用“另一颗行星（或一系列更微小天体）位于比水星更靠近太阳的轨道上”来处理这些摄动[84]（其它的解释包括太阳略微的扁平）。基于天王星的轨道受到扰动而发现了海王星的成功，使天文学家对这个解释充满了信心，并且这个假设的行星被命名为瓦肯，但是始终未能发现这颗行星[85]。

水星相对于地球的近日点进动是每世纪5,600弧秒（1.5556度），或是相对于惯性ICFR每世纪574.10±0.65弧秒[86]；但牛顿力学考虑了来自其它行星所有的影响，预测的进动只有每世纪5,557弧秒（1.5436度）[87]。在20世纪初期，爱因斯坦的广义相对论对观测到的进动提供了解释。这个效应非常小：水星近日点的相对论进动是每世纪42.98弧秒，刚刚好是之前不足的值；然而，在经历1,200万次的公转之后，它仍有一点点的过剩。其它行星也有非常类似的情形，但是影响小了很多：金星是每世纪8.62弧秒，地球是3.84弧秒，火星是1.35弧秒，伊卡路斯是10.05弧秒[88][89]。

座标系统

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水星的经度是向西增加的，一个被命名为Hun Kal的小坑穴被选定作为经度的参考点，它的中心被定义为西经20° [90]。

观测

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1974年水手号太空船的马赛克影像

水星的视星等介于 −2.6等[11]（比最亮的恒星天狼星更亮）和 +5.7等（接近理论上裸眼可见的极限值）之间。这两个极端值都出现于水星在天空中的视位置接近太阳的时候[11][12]。由于它很接近太阳，因此观测上很麻烦，大部分的时间都会迷失在阳光中，只有在日出前或日落后短暂的暮曙光内可以看见。

水星像其它一些行星和明亮的恒星一样，可以在日全食的时间被看见[91]。

像月球和金星一样，从地球上可以观察到水星的相位。它的“新月”出现在内合，“满月”出现在在外合。由于它相对的过度贴近太阳，因此从地球上是看不见水星呈现这两种相位[来源请求]。

水星探索

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早期

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水星最早被闪族人在（公元前三千年）发现，他们叫它 Ubu-idim-gud-ud。最早的详细记录观察数据的是巴比伦人，他们叫它 gu-ad 或 gu-utu。希腊人给它起了两个古老的名字，当它出现在早晨时叫阿波罗，当它出现在傍晚叫赫耳墨斯，但希腊天文学家知道这两个名字表示的是同一星体。希腊哲学家赫拉克利特甚至已经认为水星和金星（维纳斯星）是绕太阳公转的而不是地球。水星的观测因为它过于接近太阳而变的非常复杂；在地球可以观测它的唯一时间是在日出或日落时。

美国国家航空航天局

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第一个靠近水星的航天器是水手10号。另一个被美国国家航空航天局批准的计划，被命名为MESSENGER（“信使号”，是 MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging 的字母缩写，意为 “水星表面、空间环境、地理化学和全向遥测”），信使号已在2004年8月发射，2011年3月18日进入围绕水星运行的轨道，成为首颗围绕水星运行的探测器。

水手10号

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第一艘探测最内侧行星的探测器：水手10号
 
来自水手10号的水星影像

第一艘探测水星的太空船是NASA的水手10号（1974-1975年）[92]。这艘太空船使用金星的引力调整它的轨道速度，使它能够接近水星，并使它成为第一艘使用重力助推效应，和NASA第一次拜访多颗行星的太空任务[93]。水手10号提供了第一批的水星表面特写影像，其中立刻显示出水星有大量环型山的性质，并透漏许多其他类型的地质特征，像是巨型的陡坡，后来归因于水星的铁核冷却时稍为收缩造成的[94]。不幸的是，由于水星轨道公转周期的长度，使得水手10号每次接近时观察的都是水星的同一侧。这使得水手10号不可能观察到完全的水星表面[95]，结果是完成的水星表面地图少于45%[96]。

在1974年3月27日，首次飞越水星的两天前，水手10号的仪器意外的发现水星附近有大量的紫外线辐射，这导致初步认定水星有卫星。不久之后，过量的紫外线被确认是巨爵座31号星的，而水星的卫星论述亦走入历史。

这艘太空船三度飞临水星，最接近时与表面的距离只有327公里[97]。在第一次接近时，仪器侦测到水星有磁场，这使得行星地质学家大为惊讶—因为水星的自转极为缓慢，不致于产生发电机效应。第二次的接近主要是要拍摄影像，但在第三次接近时，获得了广泛的磁性资料。这些资料显示水星的磁场非常类似于地球，使得水星周围的太阳风产生偏离。水星磁场的起源依然有几个主要的理论在相互竞争[98]。

在1975年3月24日，就在最后一次接近水星之后8天，水手10号耗尽了燃料。由于不能再精确地控制它的轨道，于是任务控制者关闭了探测器的仪器[99]。水手10号被认为仍然环绕着太阳，每隔几个月仍会接近水星一次[100]。

信使号

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正在准备发射的信使号

信使号是NASA前往水星的第二艘太空船，于2004年8月3日使用波音戴尔他2型火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射。它在2005年8月飞越地球，并在2006年10月和2007年6月掠过金星，将它调整至正确的轨道，以达到能环绕水星的轨道[101]。在2008年1月14日，信使号首度飞越水星，2008年10月6日再度飞越[102]，并于2009年9月29日第三度飞越[103]。在这几次的飞越中，将水手10号未曾拍摄的半球都拍摄了。探测器在2011年3月18日成功进入绕行水星的椭圆轨道。信使号是在一个大椭圆轨道上以12小时为周期绕水星转动，距离水星表面最近时距离为200千米，最远则可达15,193千米。它的轨道最低点位于水星北纬60度的上空，之所以这样选择是为了能详细地研究巨大的卡洛里盆地。这个盆地直径1,550千米，是水星最大的表面特征。并在2011年3月29日获得了第一张在轨道上的水星影像。信使号在2012年成功完成它的主要任务。在继续完成两个扩展任务之后，信使号于2015年初开始用它残留的机动燃料执行轨道衰减。信使号任务结束后于2015年4月30日撞击水星表面。

这项任务要厘清六个关键的问题：水星的高密度、地质历史、磁场的本质、核的结构、两极是否有冰以及稀薄的大气是如何形成的。为了达到这些目的，探测器携带了比水手10号的仪器分辨率更高许多的影像成像设备，各式光谱仪测量地壳中元素的丰度，和磁强计等设备来测量带电粒子的速度。详细测量探测器在轨道速度上的微小变化，用来推断水星内部构造的详细资讯[30]。

贝皮可伦坡号

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主条目：贝皮可伦坡号

欧洲空间局计划和日本合作，以两艘太空船环绕水星：一艘描绘水星地图，另一艘研究它的磁气层，称为贝皮可伦坡号的探测计划[104]。在2018年10月20日发射太空船，预期将于2025年前抵达水星[105]。载具将释放一个磁强计进入环绕水星的椭圆轨道，然后化学火箭将点燃，让绘制地图的探测器进入圆轨道。这两个探测器都将运作一个地球年[104]。绘图探测器将携带类似于信使号的光谱仪，和在许多不同的波长上研究这颗行星，包括红外线、紫外线、X射线和伽马射线[106]。

俄国人计划在2011年-2012年之间用联盟火箭送出他们的飞船，飞船将在四年后到达水星，将会环绕轨道飞行，绘制地图并且研究它的磁场。

成为人类殖民地的可能

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在水星南北极的环形山是一个很有可能适合成为地球外人类殖民之地，因为该地的温度常年维持在大约-200℃。这是因为水星微弱的轴倾斜以及因为基本没有大气，所以有日光照射的部分的热量很难携带至此，即使水星两极较为浅的环形山底部也总是黑暗的。适当的人类活动将能加热殖民地以达到一个舒适的温度，相比周围大部分区域来说，较低的环境温度将能使散失的热量更易处理。

关于水星的科幻

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水星是科幻小说作者感兴趣的题材。主题主要包括暴露在太阳辐射下的危险、停留在水星缓慢移动的晨昏圈上被过度辐射所伤害的可能（可能因为水星表面温度很高的缘故）。

在文化中

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在波纳提 (Guido Bonatti ) 1550年版的Liber astronomiae一书中的水星

在西洋占星学，水星统领的星宫是双子宫和室女宫。也就是当水星在这些星宫时对这两个星宫的人影响最大。[107] 在中国天文学中，辰星曰北方水，太阴之精，主冬，日壬、癸。

在天文学家于最近几十年创建详细的水星地图前，Solitudo Hermae Trismegisti（荒芜的 Hermes Trismegistus ）被认为是水星的一大特色，覆盖了行星1/4的东南象限。

“墨丘利”亦是古斯塔夫·霍尔斯特的乐曲，行星组曲中运动的四棱使者。

注释

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  1. ^ 冥王星自1930年被发现至2006年间被认为行星，但随后便被分类为矮行星。冥王星的轨道偏心率较水星的大。冥王星的体积亦小于水星，但在1976年前被认为较水星大。

参考文献

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  14. ^ 《乙巳占》：“凡五星，各有常色，各有本体。至如岁星色青，荧惑色赤，如大角，如参左肩，是其常色。填星色黄，太白色白，如五车大星有光。辰星色黑，如奎大星。”
    《灵台秘苑》：“岁星者……在春曰王，象如左角（原文写参左角，其“参”字应为衍文，据《开元占经》：“岁星之王也，户，立春至春之尽，其色比左角大而苍……岁星如左角之状，其色苍”，仅言“左角”）大而青有精光，仲春之时有芒角……荧惑者……至夏旺，色比心大星而有精明，仲夏之时有芒角……镇星者……在四季曰王，色正黄，北极中央大星而精明有芒角……太白者……在秋曰王，其色比狼星精明而有光，仲秋之时有芒角……辰星者……在冬曰王，色比奎大星精明有光，冬至之时有芒角……五星有色、大小不同，各依其行而顺时应节。色变青比参右肩，赤比心大星，黄比参左肩，白比狼，黑比奎大星，不失常色而应其央者，吉。色害行，凶。”
    《史记·天官书》：“太白白，比狼（天狼星）；赤，比心（心宿二）；黄，比参左肩（参宿四）；苍，比参右肩（参宿五）；黑，比奎大星（奎宿九）。”（庄雅州 〈科学与迷信之际：史记天官书今探〉一文指出：“天狼星为白色，心宿二为红色，参右肩（参宿五，猎户γ）为蓝白色，都与今日所见相同，惟参左肩（参宿四，猎户α）现代为红色，司马迁却记为黄色，近代美国天文学家布瑞彻（Bureche）研究，认为这颗恒星原本是红色，2,700年前曾经发生过爆炸，根据推算，它在汉初确实是黄色，后来又渐渐恢复原来的红色。奎大星（奎宿九，仙女β）为暗红色，司马迁记载为黑色，正表示其为较暗的星。” ）
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来源

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书籍
  • Discovering the Essential Universe by Neil F. Comins (2001)

外部链接

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参见

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