水星
水星（英文：Mercury），太阳系八大行星中距离太阳排名第一的行星。古时，人类就注意到水星的存在，常常在大清早或者是傍晚太阳刚下山时出现在接近地平线的附近。所以在中国古代，水星又称为晨星(出现在早晨的时候)或者昏星(出现在黄昏过後)。
水星的半径约为2440公里，在八大行星中是最小的。水星距离太阳约0.39个天文单位，是个布满坑洞的小行星。其公转周期大约相当于地球上的1个季。从地球上看水星的最大亮度为–2.45个视星等，从地球上看水星的最低亮度为5.73个视星等。与太阳的角距最大仅28°，故平时不易见到。作为内行星，它也有位相变化，当它在太阳视圆面上经过时即发生凌日，水星凌日平均每世纪13次。水星轨道近日点有进动现象，这后来成为爱因斯坦广义相对论的三大天文验证之一。
1965年根据雷达测定，水星的自转周期为58.6天，恰为公转周期的2／3，因此水星上一昼夜长达176天。白天表面温度最高处达427℃，而深夜最冷时仅－173℃。1974～1975年美国水手10号3次飞近水星，最近时高度仅320千米近距探测表明，水星表面酷似月球：没有大气，没有水，布满了大小不一的环形山（其中有15座以李白、鲁迅等中国文学家、艺术家的名字命名），同样还有类似月海的低洼平地及美丽的辐射纹。水星内部结构可分为壳、幔、核3层，但其铁镍核很大，质量占水星的60％以上，半径约为水星的3／4。水星具有一个偶极磁场，磁轴与自转轴的交角7°～12°，赤道表面的磁场强度为4×10-7特。1992年美国一些天文学家从射电探测的资料分析认为，水星的极地可能存在着直径为几百千米的含水的冰帽。
表面环境
水星昼夜温差极大，白天摄氏 430 度，晚上约可达零下 170 度，是个非常不适合人类直接居住的环境，也是太阳系八大行星中温差最大的一个行星。但是在最近的观测中发现，在南极与北极的一些永远不受日照的地方可能有冰的存在，使得水星可能成为一个拥有冰的星球。
在对水星的雷达观测发现，水星的极区有强烈的雷达反射。这种反射的特性有点类似火星的冰帽。因此怀疑水星的极区有冰层的存在，而其规模直径大约为100公里左右。
另外水星也是在太阳系中几个人类可能移民的地点之一，在水星的两极有部分环型山的结构，因为整年都不会受到日照的影响，人类有机会利用那边的冰以及人工的保温装置，制造人造的移民环境。
为什么水星的温差会这么大呢? 原因是这样的，因为水星太过接近太阳，因此在明亮的地区接受到的太阳辐射太强，使得地表的温度大为提高，在不受日照的部分则因为水星几乎没有大气层，热量不易传导，使得这部分的水星表面温度十分的低，才会形成这样强烈的对比。
星体结构
水星平均密度在行星之中只次于地球，高达5.43g/cc，十分不寻常。地球的平均密度大，是因为地球本身的重力挤压所造成的，但水星重力很小，这意味着构成水星的成分物质很重。因此天文学家依据对於水星的测量数据推测，水星可能拥有一个很大的铁核，而且直径可达水星的2/3至3/4，水星，就像个铁球一样，而表面的矽酸盐成分只是薄薄的一层外壳。
造成水星密度如此高的原因，天文学家们提出了三个说法，撞击分别说，蒸发说，以及巨大撞击说等. 目前最有力的说法为巨大撞击说，内容是说水星早期曾经受到大撞击，中心的金属核较快凝固，而外部的岩质物质被吹散了，因此产生这样的结果。
水星的大气
水星表面几乎没有大气层，因此表面容易受到星际物质的撞击，水星的大气层跟地球和金星等行星的大气很不一样，因为受到太阳风的影响，更换的频率非常的高，实际上，水星表面的气体分子与水星碰撞的频率还要高过互相碰撞的频率，所以水星的大气又称为外气层。最近的探测中发现水星外气层有钠云的存在。
另外水星也具有磁场，但强度很小，磁场强度约为地球磁场的1％左右。
星体运动
水星离太阳的平均距离为5790万公里，绕太阳公转轨道的偏心率为0.206，故其轨道很扁。太阳系天体中，除冥王星外，要算水星的轨道最扁了。水星在轨道上的平均运动速度为48公里/秒，是太阳系中运动速度最快的行星，它绕太阳运行一周只需要88天，除公转之外，水星本身也有自转。过去认为水星的自转周期应当与公转周期相等，都是88天。1965年，美国天文学家戈登、佩蒂吉尔和罗·戴斯用安装在波多黎各阿雷西博天文台的、当今世界上最大的射电望远镜测定了水星的自转周期，结果并不是88天，而是58.646天，正好是水星公转周期的2/3。水星轨道有每世纪快43″的反常进动。
由于水星在近日点时总以同一经度朝着太阳，在远日点时以相差90°的经度朝着太阳，所以水星随着经度不同而出现季节变化。
公转
水星的运行轨道是偏心的，半径从4600万-7000万公里变化。围绕太阳的缓慢岁差不能完全地被牛顿经典力学所解释，以致于在一段时间内很多人用设想的另外一个更靠近太阳的行星（有时被称为火神星）来解释这个混乱。这称为“水星近日点进动”。无论如何，爱因斯坦的广义相对论后来提供了一种可以消除这个小误差的解释。
自转
1889年意大利天文学家夏帕里利经过多年观测认为水星自转时间和公转时间都是88天。直到1965年，美国天文学家才测量出了水星自转的精确周期58.646个地球日。
在一些时候，在水星的表面上的一些地方，在同一个水星日里，当一个观测者（在太阳升起时）时观测，可以看见太阳先上升，然后倒退最后落下，然后再一次的上升。这是因为大约四天的近日点周期，水星轨道速度完全地等于它的自转速度，以致于太阳的视运动停止，在近日点时，水星的轨道速度超过自转速度；因此，太阳看起来会逆行性运动，在近日点后的四天，太阳恢复正常的视运动。
1965年使用雷达观测后，观察数据否决了水星对太阳是潮汐固定的的想法：自转使得所有时间里水星保持相同的一面对着太阳。水星轨速振谐为3:2，这就是说自转三次的时间是围绕太阳公转两次的时间；水星的轨道离心使这个谐振持稳。最初天文学家认为它有被固定的潮汐是因为水星处于最好的观测位置，它总是在3:2谐振中的相同时刻，展现出相同的一面，就如同它完全地被固定住一样。水星的自转比地球缓慢59倍。
因为水星的3:2的轨速比率，一个恒星日（自转的周期）大约是58.646个地球日，一个太阳日（太阳穿越两次子午线之间的时间）大约是176个地球日。
轨道变动
水星拥有太阳系8大行星中偏心率最大的轨道，通俗的说，就是它的轨道的椭圆是最“扁”的。而最新的计算机模拟显示，在未来数十亿年间，水星的这一轨道还将变得更扁，使其有1%的机会和太阳或者金星发生撞击。更让人担忧的是，和外侧的巨行星引力场一起，水星这样混乱的轨道运动将有可能打乱内太阳系其他行星的运行轨道，甚至导致水星，金星或火星的轨道发生变动，并最终和地球发生相撞。
凌日现象
当水星走到太阳和地球之间时，我们在太阳圆面上会看到一个小黑点穿过，这种现象称为水星凌日。其道理和日食类似，不同的是水星比月亮离地球远，视直径仅为太阳的190万分之一。水星挡住太阳的面积太小了，不足以使太阳亮度减弱，所以，用肉眼是看不到水星凌日的，只能通过望远镜进行投影观测。水星凌日每100年平均发生13次。在20世纪末有一次凌日是在1999年11月16日5时42分。
在人类历史上，第一次预告水星凌日是“行星运动三大定律”的发现者，德国天文学家开普勒（1571至1630年）。他在1629年预言：1631年11月7日将发生稀奇天象——水星凌日。当日，法国天文学家加桑迪在巴黎亲眼目睹到有个小黑点（水星）在日面上由东向西徐徐移动。从1631年至2003年，共出现50次水星凌日。其中，发生在11月的有35次，发生在5月的仅有15次。每100年，平均发生水星凌日13.4次。
水星凌日的发生原理与日食极为相似，水星轨道与黄道面之间是存在倾角的，这个倾角大约为7度。这就造成了水星轨道与地球黄道面会有两个交点。即为升交点和降交点。水星过升交点即为从地球黄道面下方向黄道面上方运动，降交点反之。只有水星和地球两者的轨道处于同一个平面上，而日水地三者又恰好排成一条直线时，才会发生水星凌日。如果水星在过升降交点附近的两天恰好也发生了水星下合相位时，就有可能发生水星凌日天象。
在目前及以后的十几个世纪内，水星凌日只可能发生在五月或十一月。发生在五月的为降交点水星凌日，发生在十一月的为升交点水星凌日。而发生在五月的水星凌日更为稀罕，水星距离地球也更近。水星凌日发生的周期同样遵循如日月食那样的沙罗周期。在同一组沙罗周期内的水星凌日的发生周期为46年零1天又6.5小时左右。但是这个46年的周期中如果有12个闰年。周期即为46年零6.5小时左右。这里所说的时间差值是同一沙罗周期相邻两次水星凌日中凌甚的时间差值。因为同一沙罗周期相邻两次水星凌日发生的时长是不同的。
水星文化
1976年，国际天文学联合会开始为水星上的环形山命名。
水星的表面很像月球，满布着环形山、大平原、盆地、辐射纹和断崖。于是，水星上的环形山和月球上的环形山一样，也进行了命名。水星表面上环形山的名字都是以文学艺术家的名字来命名的，没有科学家，这是因为月面环形山大都用科学家的名字命名了。水星表面被命名的环形山直径都在20公里以上，而且都位于水星的西半球这些名人的大名将永远与日月争辉，纪念他们为人类作出的卓越贡献。
在国际天文学联合会已命名的310多个环形山的名称中，其中有15个环形山是以我们中华民族的人物的名字命名的。有伯牙：传说是春秋时代的音乐家；蔡琰：东汉末女诗人；李白：唐代诗人；白居易：唐代诗人：董源：五代十国南唐画家；李清照：南宋女词人；姜夔：南宋音乐家；梁楷：南宋画家；关汉卿：元代戏曲家；马致远：元代戏曲家；赵孟頫：元代书画家；王蒙：元末画家；朱耷：清初画家；曹沾（即曹雪芹）：清代文学家；鲁迅：中国近代文学家。
最新发现
水星曾是颗“大火球”：遍布巨型岩浆海洋
麻省理工学院的科学家通过对水星岩石化学成分分析的过程中发现这颗星球过去可能拥有一片巨大的岩浆海洋时间点处于45亿年前，这项新的研究任务由“信使”号探测器完成，旨在分析水星表面、空间环境以及行星化学物质组成等。自2011年3月起，NASA的探测器开始收集相关数据，一组科学家负责对X射线荧光光谱数据进行分析该任务收集到了有关水星表面岩石的组分情况，科学家希望揭开水星到底发生了何种地质过程，导致其表面出现两种不同组成的岩石。
对此，科学家在实验室中创建了两类岩石，模拟高温高压环境下的地质演化过程，通过实验科学家设想水星上曾经出现巨大的岩浆海洋，在这种环境下可演化出两种截然不同的岩石，通过结晶、凝固最后重新由熔岩喷发机制存在于水星表面。根据麻省理工学院地质学教授蒂莫西·格罗夫介绍：“水星上发生的事件其实是非常惊人的，地壳的年龄很可能超过了40亿岁因此这些岩浆海洋应该存在于非常古老的过去。”
信使号探测器进入水星轨道时正处于强烈的太阳耀斑活跃期，作为太阳系内侧轨道上距离太阳最近的行星水星受到太阳光和辐射的“烘烤”，其表面的岩石反射出强烈的光谱信号，科学家通过X射线光谱仪就可以确定水星表面物质的化学成分。
针对水星上岩石出现的不同化学组分，格罗夫认为可在实验室中模拟二氧化硅、氧化镁以及三氧化二铝的比例再将其熔化结晶，探索该过程中可能出现的情况。实验结果显示，两种成分可能来自同一地区，指向了一个巨大的岩浆海洋此外，本项研究还暗示了水星存在一个极为混乱的早期演化过程，其中包括大块天体的撞击，科学家认为这将填补水星早期历史的很多空白，加深我们对水星形成过程的理解。
科学家对“信使号”探测器2009年第三次飞越水星的观测数据进行了分析，最新结果发现水星表面最年轻的火山活动迹象，以及磁场亚暴的最新信息，并且在水星超稀薄外大气层中首次发现电离钙元素。
最年轻火山活动迹象
信使号探测器首席调查员肖恩·所罗门（Sean Solomon）说：“信使号每次飞越水星都会获得新的发现！我们发现水星是一颗颇具活力的行星，其活动性贯穿于整个历史阶段。”在前两次勘测中，信使号探测器发现水星早期历史时期曾遍布着火山活动，在最新的第三次飞越水星勘测中，该探测器发现290公里直径的环状碰撞坑，这是迄今观测发现最年轻的水星表面坑状结构，科学家将它命名为“Rachmaninoff”，其底部具有非常平滑的平原。
美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室的路易丝·普罗克特（Louise Prockter）说：“我们认为Rachmaninoff环状坑底部平原是迄今在水星发现的最年轻火山迹象。此外，我们在Rachmaninoff环状坑东北部发现漫射环状明亮物质环绕在不规则洼地周围，标志着这些不规则洼地是火山喷口，并且其直径比之前所勘测的火山喷口都大。这项观测暗示着水星表面的火山活动性要比之前所认为的更持续，或许持续至太阳生命历史下半时期。
磁场亚暴
磁场亚暴是一种太空气象，曾间歇地出现在地球上，通常每天会出现几次，持续1-3小时。地球上的磁场亚暴常伴随着一系列特殊现象发生，比如：北极和南极上空出现的壮丽极光现象。磁场亚暴也伴随出现危险的能量粒子这将导致地球观测卫星和地面通讯系统灾难性事故，尤其是地球同步轨道区域。地球磁场亚暴的能量来源于地球磁场尾部的磁性能量。
在信使号探测器第三次飞越水星时，该探测器装载的磁力计首次发现水星磁场尾部磁性能量中像亚暴一样“载荷”，这种水星磁场亚暴能量大约是地球磁场亚暴的10倍，其运行速度是地球磁场亚暴的50倍。
美国宇航局戈达德太空飞行中心的太空物理学家詹姆斯·斯莱文（James A. Slavin）称，最新观测显示水星的磁场亚暴相对强度比地球磁场亚暴大，同时，我们还发现水星磁场尾部增强与唐吉周期（Dungey cycle）的一致性唐吉周期是描述磁气圈内等离子循环的一个指标。
斯莱文说：“信使号探测器最新观测首次显示地球之外的另一颗行星上唐吉等离子循环时间可以确定亚暴持续的时间，这暗示着这种地球磁气圈特征是宇宙的一种普遍现象。”
水星外大气层构成
水星的外大气层非常稀薄，是由水星表面和太阳风中的原子和离子构成，信使号探测器对水星外大气层的观测将提供一个研究水星表面和其太空环境之间交互影响的机会，并能够探测水星表面的构成，该行星遗失至星系空间的物质有助科学家理解水星当前和历史时期的构成状况。
信使号探测器对水星外大气层的观测结果显示外大气层中中性和电离元素独特的空间分布特性，第三次飞越勘测首次探测到水星南极和北极外大气层的构成。美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室的罗·弗瓦西克（Ron Vervack）说：“勘测显示水星外大气层中包含着钠（Na）、钙（Ca）、镁（Mg）元素，在这次飞越水星勘测中，信使号首次发现外大气层含有电离钙。”
水星极地发现大量水冰
据美国宇航局网站报道，该局正在水星轨道运行的信使号探测器获取的最新数据显示这颗行星上拥有大量水冰。大卫·劳伦斯（David Lawrence）是来自约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）的信使号首席科学家，也是一篇发表在在线版《科学通报》杂志上论文的第一作者。劳伦斯表示：“最新数据显示在水星极区存在水冰，如果将这些水冰平均铺满整个华盛顿，其厚度将超过两英里（约合3.2公里）。”
考虑到水星距离太阳如此之近，这颗行星上似乎是不可能存在水的。但是由于水星的自转轴倾角非常小，接近于零（更准确地说是不到1度），因此在水星的极区存在很多永久阴影区。科学家们在数十年前便开始猜测在这些永久阴影区内可能存在水冰。
1991年，这一想法得到了一项重要证据，当时世界上最强大的射电望远镜——设在波多黎各岛上的阿雷西博射电天线向水星发射的雷达波，在其反射信号上发现这颗行星的极区存在一些反射率高的异乎寻常的“亮区”。这些亮区的雷达波反射率非常高，其特性和水冰非常相似。除此之外，很多这种明亮反射区的位置和20世纪70年代美国水手10号探测器拍摄的水星地表大型陨击坑的位置相对应。不过科学家们一直无法确定这些亮区的位置和极区的那些永久阴影区位置是否同样相互吻合。
但是，随着信使号抵达水星，这一切疑惑都烟消云散了。信使号探测器搭载的水星双成像系统在2011年和2012年年初拍摄的图像证明，那些强烈反射雷达波的亮区的确都位于水星南北两极的永久阴影区内。
而来自信使号的最新数据确认了水星北极永久阴影区内沉积物质的主要成分确是水冰。在其中一些最寒冷的区域，水冰直接暴露于地表。而在一些稍稍温暖一些的区域，似乎有一些稍显暗色的物质覆盖着水冰表面。
信使号使用中子能谱设备测量雷达反射亮区的氢原子丰度。通过这些测量数据就可以推算出冰的富集量。劳伦斯表示：“这些中子数据显示在水星极区的高雷达反射区域存在一层平均厚度约为数十厘米的富氢物质层，其上方还覆盖有一层10~20厘米厚的表层，这层表层中的氢含量则相对较低。”他指出：“这层覆盖在下方的富氢层的氢含量比例和纯净的水体相当。”
根据美国宇航局戈达德空间飞行中心的格里高利·纽曼（Gregory Neumann）的说法，信使号搭载的水星激光高度计（MLA）获得的数据已经在水星地表获取了超过1000万个高程数据，用以制作高精度地形图。这些高程数据同样支持了水冰存在的看法。在另外一份论文中，纽曼和同事们报告了首次对水星处于永久阴影区的北极地区进行的高程测量，结果显示这些区域存在一些不规则的明亮和暗色的沉积物。
纽曼表示：“在此之前还从未有人在水星上看到过这些阴暗区域，因此它们一直充满神秘感。”纽曼认为这些明亮和暗色的物质都是由彗星或小行星携带到水星上来的。这种说法得到了加州大学洛杉矶分校大卫·佩吉（David Paige）教授一篇文章的支持。佩吉指出：“这些暗色物质可能是一些复杂有机化合物的混杂体，它们由彗星和富含有机物的小行星在撞击水星时携带而来。可能也正是通过同样的机制，水也被带到了这颗太阳系最内侧的行星上。”
西恩·所罗门（Sean Solomon）来自哥伦比亚大学拉蒙特-多赫提地球观测台，也是信使号项目首席科学家。他说，覆盖在水冰成分表面的一层黑色物质则让事情变得更加复杂了。他说：“在超过20年的时间里，科学家们一直在争论这颗最靠近太阳的行星上的永久阴影区是否存在大量的水冰。现在信使号为这个问题给出了一个明确的肯定答案。”
不过所罗门也指出：“新的观测结果也引出了新的问题。这些位于极区的黑色物质大部分都是有机质吗?这些物质究竟经历了何种化学反应过程?水星地表或地下是否有一些区域同时存在液态水和有机质?只有对水星开展持续的研究，我们才能最终回答这些问题。”
真正发现水星有冰
2014年，美国航天局派往水星的探测器信使号，早前传来的照片中，却发现北极地区一个陨石坑附近有冰的存在，是首次真正发现水星有冰。
学者早于两年前已透过间接的分析指水星上存在着冰，但这次则是首次直接看到。专家估计冰块有数以十米厚，但亦可能延伸至坑洞内。虽然水星围绕太阳转一圈需时58个地球日，几乎整个大地都被阳光照射，但水星的极地则永远无法被太阳照到，温度低得有机会让冰形成。
