水星のソースを表示

{{混同|彗星}}
{{Otheruses|惑星|tofubeatsの楽曲|水星 (曲)}}
{{天体 基本
| 幅 = 350px
| 色 = 地球型惑星
| 和名 = 水星 [[File:Mercury symbol (fixed width).svg|24px|☿|frameless|class=skin-invert]]
| 英名 = [[:en:Mercury (planet)|Mercury]]
| 画像ファイル = Mercury in color - Prockter07 centered.jpg
| 画像サイズ = 250px
| 画像説明 = [[メッセンジャー (探査機)|メッセンジャー]]が2008年に撮影した水星。
| 画像背景色 = #000000
| 仮符号・別名 = 辰星
| 分類 = [[地球型惑星]]
| 軌道の種類 = [[内惑星]]
}}
{{天体 発見
| 色 = 地球型惑星
| 発見日 =
| 発見年 = [[紀元前]]
| 発見方法 = 目視
}}
{{天体 軌道
| 色 = 地球型惑星
| 元期 = [[J2000.0]]{{R|factsheet}}
| 平均距離 = 0.38709893 [[天文単位|au]]{{R|factsheet}}
| 平均公転半径 = [[1 E10 m|{{val|57910000|u=km}}]]{{R|factsheet}}
| 平均直径 =
| 軌道長半径 = 
| 近日点距離 = 0.307 au<br />(46,000,000 km{{R|factsheet}})
| 遠日点距離 = 0.467 au<br/ >(69,818,000 km{{R|factsheet}})
| 離心率 = 0.20563069{{R|factsheet}}
| 公転周期 = [[1 E6 s|87日 23.3時間]]<br />（0.241 年{{R|factsheet}}）
| 会合周期 = 115.88 日{{R|factsheet}}
| 軌道周期 =
| 平均軌道速度 = 47.36 [[メートル毎秒|km/s]]{{R|factsheet}}
| 軌道傾斜角 = 7.00487[[度 (角度)|&deg;]]{{R|factsheet}}
| 近日点黄経 = 77.45645&deg;{{R|factsheet}}
| 昇交点黄経 = 48.33167&deg;{{R|factsheet}}
| 平均黄経 = 252.25084&deg;{{R|factsheet}}
| 主恒星 = 太陽
| 衛星数 = 0
}}
{{天体 物理
| 色 = 地球型惑星
| 赤道直径 = [[1 E6 m|4,879.4 km]]<ref name=nasa>{{cite web|url=http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Mercury&Display=Facts |title= Solar System Exploration |author= |publisher=[[アメリカ航空宇宙局|NASA]] |language=英語|accessdate=2011-03-11}}</ref>
| 直径 =
| 半径 =
| 表面積 = 7.4797 {{e|7}} [[平方キロメートル|km<sup>2</sup>]]<ref name=nasa />
| 体積 = 6.082721 {{e|10}} [[立方キロメートル|km<sup>3</sup>]]<ref name=nasa />
| 質量 = 3.301 {{e|23}} [[キログラム|kg]]<ref name=nasa />
| 相対対象1 = 地球
| 相対質量1 = 0.0553<ref name="nssdcMercury">{{cite web|url= http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/mercuryfact.html |title=Mercury  Fact Sheet |author=Dr. David R. Williams |publisher=[[アメリカ航空宇宙局|NASA]] |language=英語|accessdate=2011-03-11}}</ref>
| 相対対象2 =
| 相対質量2 =
| 平均密度 = 5.427 [[グラム毎立方センチメートル|g/cm<sup>3</sup>]]<ref name=nasa /><ref name="nssdcMercury" />
| 表面重力 = 3.70 [[メートル毎秒毎秒|m/s<sup>2</sup>]]<ref name=nasa /><ref name="nssdcMercury" />
| 脱出速度 = 4.25 km/s<ref name=nasa />
| 自転周期 = [[1 E6 s|58日 15.5088時間]]（恒星日）<ref name=nasa /><br />175.84 日（太陽日）
| アルベド = 0.065-0.071<br />（球面）<br />0.137-0.147<br />（幾何学値）<ref name="MallamaMercury">{{cite web|url= http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6WGF-45K104K-4B&_user=10&_coverDate=02%2F28%2F2002&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=gateway&_origin=gateway&_sort=d&_docanchor=&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=8da4391aa514fcb19a3577dddda59c4f&searchtype=a |title= Photometry of Mercury from SOHO/LASCO and Earth |author=Anthony Mallama, Dennis Wang, Russell A. Howard |publisher= Science Direct |language=英語|accessdate=2011-03-11}}</ref>
| 赤道傾斜角 = ≦0.027 度
| 表面温度 = 623 [[ケルビン|K]]（日中）<br />103 K（夜間）
| 最小表面温度 = 90 K<ref name="ESAs&t">{{cite web | title=Background Science | work=BepiColombo | publisher=European Space Agency | date=August 6, 2010 | url=http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=47055 | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref><ref name=nasa />
| 平均表面温度 = 440 K<ref name="nssdcMercury" />
| 最大表面温度 = 700 K<ref name=nasa />
| 年齢 =
| 大気圧 = 10{{e|-10}} [[パスカル (単位)|Pa]]<ref name="nssdcMercury" />、<br />10{{e|-7}} Pa<ref name="ISAS">{{Cite web|和書| title=第7回 水星の超真空大気の生成| publisher=[[宇宙航空研究開発機構|JAXA]] | url= http://www.isas.ac.jp/j/column/inner_planet/07.shtml | accessdate=2011-03-19|language=日本語}}</ref>
| 大気 = 
{{天体 項目|大気成分{{R|factsheet}}|[[ナトリウム]]<br>[[マグネシウム]]<br>[[酸素]]<br>[[水素]]<br>[[カリウム]]<br>[[カルシウム]]<br>[[鉄]]<br>[[アルミニウム]]<br>[[アルゴン]]（微量）<br>[[二酸化炭素]]（微量）<br>[[水]]（微量）<br>[[窒素]]（微量）<br>[[キセノン]]（微量）<br>[[クリプトン]]（微量）<br>[[ネオン]]（微量）<br>[[ヘリウム]]（微量）}}
| 外殻 =
}}
{{天体 終了
| 色 = 地球型惑星
}}

'''水星'''（すいせい、[[英語]]：Mercury マーキュリー、[[ラテン語]]：Mercurius）は、[[太陽系]]に属する[[惑星]]の1つで、惑星の中で[[太陽]]に最も近い公転軌道を周回している。岩石質の「[[地球型惑星]]」に分類され、太陽系惑星の中で大きさ、質量ともに最小である{{Efn|以前最小の惑星だった[[冥王星]]は2006年に[[準惑星]]へ分類変更された。}}。

== 概要 ==<!--内部リンクできるからと言って、関連性の薄い単語などへ内部リンクする事は、厳に慎んでください。-->
太陽系で最小の惑星が、水星である。水星の赤道面での直径は4879.4&nbsp;kmと、地球の38パーセントに過ぎない。木星の衛星の1つの[[ガニメデ (衛星)|ガニメデ]]や、土星の衛星の1つである[[タイタン (衛星)|タイタン]]よりも小さい。なお、水星に衛星や環は無い。

地球から水星を観測する場合、水星は太陽に非常に近いため、日の出直前と日没直後のわずかな時間しか観測できない。また、地球と水星と太陽の位置関係によっては、たとえ望遠鏡を使っても観測は難しい。これは地球から見た太陽と水星との[[離角]]が、最大でも28.3度に過ぎないためである。なお、[[天球]]上での[[等級 (天文)|見かけの明るさ]]は、−0.4等から5.5等まで変化し、暗く見える時期には、より観測が難しくなる。

1974年に[[NASA]]の探査機である[[マリナー10号]]が初めて水星へ接近した。マリナー10号による観測によって、水星の地表の4割強の地図が作成できた。この際に撮影された写真から、水星の表面には多数の[[クレーター]]が有り、[[月|地球の衛星の月]]と類似した環境だろうと考えられた。地球からの直接観測だけでなく、地球から水星へと探査機を到達させる事も比較的難しいため、21世紀に入っても依然として判らない点の多い惑星ではあるものの、21世紀に入ってから再び探査機が水星へと送り込まれた事や、地球からの直接観測の技術の向上に伴って、次第に水星に関する知見が集積されつつある。

== 軌道 ==
=== 公転 ===
水星の[[公転]]周期は約88日である。その[[軌道離心率]]の約0.21という値は、太陽系惑星の中で最大であり、[[近日点]]が 約0.31 au（46 {{e|6}} km）で[[遠日点]]が 約0.47 au（70 {{e|6}} km）という、太陽を[[焦点 (幾何学)|焦点]]の1つとする楕円軌道を描いている<ref name=Miya63-1>[[#宮本ら2008|宮本ら (2008)、1.水星、pp.&nbsp;63–66、1-1水星の運動と内部構造]]</ref><ref name=MatsuEar30-2>[[#松井『惑星』|松井『惑星』、第二章 そそり立つ絶壁の壁、pp.30-33、軌道について]]</ref>。

[[File:ThePlanets Orbits Mercury EclipticView.svg|300px|thumb|left|（上）黄道から10度上方の位置から見下ろした水星の公転軌道。（下）黄道の真横から見た軌道。]]
[[File:Mercuryorbitsolarsystem.gif|300px|thumb|left|太陽を回る水星（黄色い線）の動きを示したアニメーション。（地球は青色）]]

公転面は地球の公転面（[[黄道]]）に対して7度の傾きがある。その結果、[[水星の太陽面通過]]は黄道に水星があるタイミングに限られ、平均7年に1度しか観測されない<ref>{{cite web | last=Espenak | first=Fred | date=April 21, 2005 | url=http://eclipse.gsfc.nasa.gov/transit/catalog/MercuryCatalog.html | title=Transits of Mercury | publisher=NASA/Goddard Space Flight Center | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。

この軌道の近日点は太陽の周りを周回する形でゆっくりと移動している（水星の[[近日点移動]]）。この現象の大部分は他の惑星からの[[摂動 (天文学)|摂動]]など[[古典力学]]で説明できる現象だったが、観測値は古典力学による計算値より100年当たり43[[秒 (角度)|秒]]大きく、この説明不可能だったずれは19世紀の天文学者を悩ませてきた。このため水星の内側にもう1つ惑星があるという説が現れた（[[バルカン (仮説上の惑星)|バルカン]]参照）<ref>U. Le Verrier (1859), (in French), [https://archive.org/stream/comptesrendusheb49acad#page/378/mode/2up "Lettre de M. Le Verrier à M. Faye sur la théorie de Mercure et sur le mouvement du périhélie de cette planète"], Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences (Paris), vol. 49 (1859), pp.&nbsp;379–383. (At p.383 in the same volume Le Verrier's report is followed by another, from Faye, enthusiastically recommending to astronomers to search for a previously undetected intra-mercurial object.)</ref>。このニュートン力学では説明できなかった43秒は、後に[[アルベルト・アインシュタイン|アインシュタイン]]の[[一般相対性理論]]によって「太陽の重力により[[時空]]が歪んだ結果」として説明づけられた。一般相対性理論による計算値が、誤差の範囲で観測値の43秒と非常によく一致していたのである<ref>{{cite journal | last=Gilvarry | first=J. J. | title=Relativity Precession of the Asteroid Icarus | journal=Physical Review | year=1953 | volume=89 | issue=5 | pages=1046 | doi=10.1103/PhysRev.89.1046 | url=http://prola.aps.org/abstract/PR/v89/i5/p1046_1 | accessdate=2011-03-19|language=英語| format=subscription required }}
</ref><ref>{{cite web | author=Anonymous | url=http://www.mathpages.com/rr/s6-02/6-02.htm | title=6.2 Anomalous Precession | work=Reflections on Relativity | publisher=MathPages | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref><ref>{{Cite book|和書|author=リチャード・コーフィールド|translator=水谷淳|title=太陽系はここまでわかった|year=2008|publisher=文芸春秋|isbn=978-4-16-370480-7|pages=59-61}}</ref>。

=== 自転 ===
[[File:Mercury's orbital resonance.png|thumb|left|水星の公転と自転の関係 - 水星は2回公転する間に3回自転する。]]

水星の自転周期は58日である<ref name=Miya63-1/>。[[1965年]]に[[レーダー]]観測が行われるまで、水星の自転は地球の月や他の多くの衛星と同様に、太陽からの潮汐力によって[[自転と公転の同期|公転と同期]]しており、常に太陽に同じ面を向けて1公転中に1回自転していると考えられていた。しかし実際には水星の公転と自転は 2:3 の[[共鳴]]関係にある<ref name=Miya63-1 /><ref name=MatsuEar37>[[#松井『惑星』|松井『惑星』、第二章 そそり立つ絶壁の壁、pp.&nbsp;37–40、公転と自転の奇妙な組み合わせ]]</ref><ref name="Benz"/>。すなわち、太陽の周囲を2回公転する間に3回自転する<ref>{{cite journal | last=Liu | first=Han-Shou | coauthors=O'Keefe, John A. | title=Theory of Rotation for the Planet Mercury | journal=Science | year=1965 | volume=150 | issue=3704 | page=1717 | doi=10.1126/science.150.3704.1717 | pmid=17768871 }}</ref>。水星の公転軌道の[[離心率]]が比較的大きいため、この共鳴関係は安定して持続している。水星の自転と公転が同期していると考えられた元々の理由は、地球から見て水星が最も観測に適した位置にある時にはいつでも同じ面が見えたからであった。実際にはこれは 2:3 の共鳴の同じ位置にある時に観測していたためだった。この共鳴があるために、水星の[[恒星日]]（自転周期）は58.7日なのに対して、水星の[[太陽日]]（水星表面から見た太陽の子午線通過の間隔）は176日と、3倍になっている<ref name=strom />。誕生直後の水星は8時間程度の速さで自転していたが、太陽の潮汐力によって段々と遅くなり現在の同期状態になったと考えられるが、なぜ2:3の比となったのかは分っていない<ref name=MatsuEar37 />。

水星表面の特定の場所では、水星の1日において日の出の途中で太陽が[[順行・逆行|逆行]]して一度沈み、その後再び上るという現象が見られる。これは、水星が[[近点・遠点|近日点]]を通過する約4日前に公転と自転の[[角速度]]がちょうど等しくなるため、水星表面から見て太陽[[固有運動]]が止まって見えることに起因する。近日点通過の前後4日間は、[[楕円]]軌道の尖った部分（円弧と長辺の交点）を水星が通り過ぎるために公転による角速度が自転のそれを上回り、太陽が逆に進むように見える。近日点通過の4日後には太陽は[[順行・逆行|順行]]に戻る<ref name="strom" />。

先述のとおり、水星は公転周期が約88日で、[[太陽日]]が約176日となっている。すなわち、「水星の1日」は「水星の2年」に等しい<ref>{{Cite web|和書|url=https://www.kahaku.go.jp/exhibitions/vm/resource/tenmon/space/mercury_venus/mrcvns03.html|title=宇宙の質問箱-水星・金星編 III. 水星はどのような世界ですか？|publisher=[[国立科学博物館]]|accessdate=2012-10-28}}</ref>。言いかえれば、水星のある地点での[[正午]]から次の正午まで（ここでは逆行は考慮しないとする）の間に、水星は太陽の周りを2回公転する。

水星の[[赤道傾斜角]]（自転軸の傾き）は惑星の中で最も小さく、わずか 0.027度以下でしかない<ref name=Margot2007>{{cite journal| last=Margot | first=L.J.| coauthors=Peale, S. J.; Jurgens, R. F.; Slade, M. A.; Holin, I. V.| title=Large Longitude Libration of Mercury Reveals a Molten Core| journal=Science| year=2007 | volume=316 | pages=710&ndash;714| doi=10.1126/science.1140514
| url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2007Sci...316..710M/abstract| pmid=17478713| issue=5825}}</ref>。これは2番目に傾斜が小さい木星の値（約3.1度）に比べても{{sfrac|300}}と非常に小さい値である。このため、日の出の位置は2.1[[分 (角度)|分]]以上ぶれない<ref name=Margot2007/>。

== 物理的性質 ==
=== 内部構造から考えられる起源 ===
[[File:Mercury Internal Structure.svg|200px|right|thumb|水星の内部構造。1:地殻、2:マントル、3:核。]]
[[File:Terrestrial planet size comparisons.jpg|200px|right|thumb|同縮尺の地球型惑星。左から、水星、金星、地球、火星。]]

水星には半径 1,800 km 程度の[[核 (天体)|核]]が存在する<ref name="Miya63-1" />。これは惑星半径の3/4に相当し、水星全体では質量の約 70 % が[[鉄]]や[[ニッケル]]等<ref name="MatsuEar35">[[#松井『惑星』|松井『惑星』、第二章 そそり立つ絶壁の壁、pp.&nbsp;35–36、鉄・ニッケルから成る星]]</ref>の[[金属]]、30 % が[[ケイ酸塩]]で出来ている<ref name="strom">{{cite book| first=Robert G. | last=Strom | coauthors=Sprague, Ann L. | year=2003 | title=Exploring Mercury: the iron planet | publisher=Springer | isbn=1-85233-731-1 }}</ref>。

平均密度 5.430 kg/m{{sup|3}}は地球と比べわずかに小さい<ref name=Miya63-1 /><ref name="nssdcMercury" />。核の比率が大きい割に密度がそれほど高くないのは、地球は自重によって惑星の体積が圧縮され密度が高くなるのに対し、小さな水星は圧縮される割合が低いためである。地球中心部の圧力は366万気圧に達するのに対し、水星中心部は約25から40万気圧にとどまる<ref name=MatsuEar35 />。しかし、天体の大きさと平均密度の相関関係では、水星は唯一他の地球型惑星が示す傾向から60%程度重い方向に外れている<ref name=Miya63-1 />。自重による圧縮を除外して計算された平均密度は、水星が 5.300 kg/m{{sup|3}}、地球が 4.000-4.100 kg/m{{sup|3}}となり、水星のほうが有意に高い値をとる<ref name=MatsuEar35 /><ref>{{cite web | author=staff | date=May 8, 2003 | url=http://astrogeology.usgs.gov/Projects/BrowseTheGeologicSolarSystem/MercuryBack.html|title=Mercury |publisher=U.S. Geological Survey | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。

水星の体積は地球の 5.5 % に相当する。しかし地球の金属核は 17 % にすぎないのに対し、水星の金属核はその 42 % を占める<ref>{{cite journal | title=On the Internal Structures of Mercury and Venus | author=Lyttleton, R. A. | journal=Astrophysics and Space Science | volume=5 | issue=1 | pages=18 | year=1969 | accessdate=2011-03-19|language=英語| doi=10.1007/BF00653933 }}</ref><ref name="cornell">{{cite news | first=Lauren | last=Gold | title=Mercury has molten core, Cornell researcher shows | date=May 3, 2007 | publisher=Cornell University | url=http://www.news.cornell.edu/stories/May07/margot.mercury.html | work=Chronicle Online | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref><ref name=nrao>{{cite news | last=Finley | first=Dave | date=May 3, 2007 | title=Mercury's Core Molten, Radar Study Shows | publisher=National Radio Astronomy Observatory | url=http://www.nrao.edu/pr/2007/mercury/ | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。核は地球の[[内核]]と[[外核]]のように、固体と液体に分離していると見られている。2007年、電波観測によって水星の核に液体の部分が存在することを示す磁場が観測された{{R|astroarts20070509}}。2019年には、メッセンジャーの観測データとモデル計算から、核の中心に直径2,000kmにも及ぶ固体の核が存在することが示された{{R|GenovaGoossens2019|astroarts20190424}}

核の周りは厚さ 600km 程度の岩石質[[マントル]]で覆われている<ref name=Miya63-1 /><ref>{{cite journal | author=Spohn, Tilman; Sohl, Frank; Wieczerkowski, Karin; Conzelmann, Vera | title=The interior structure of Mercury: what we know, what we expect from BepiColombo | journal=Planetary and Space Science | volume=49 | issue=14&ndash;15 | pages=1561&ndash;1570 | doi=10.1016/S0032-0633(01)00093-9 | bibcode=2001P&SS...49.1561S | year=2001 }}</ref><ref>Gallant, R. 1986. ''The National Geographic Picture Atlas of Our Universe''. National Geographic Society, 2nd edition.</ref>が、これは他の岩石惑星と比べごく薄いためマントルの対流が小規模となり、惑星表面に特有の影響を及ぼした可能性が指摘されている<ref name=Miya63-1 />。地殻は、マリナー10号の観測結果から厚さ 100-300km と推測されている<ref name="anderson1">{{cite journal | last=Anderson | first=J. D. | coauthors=''et al.'' | date=July 10, 1996 | title=Shape and Orientation of Mercury from Radar Ranging Data | journal=Icarus | volume=124 | pages=690–697 | publisher=Academic press | doi=10.1006/icar.1996.0242 }}</ref>。

水星は太陽系の他のどの天体よりも鉄の存在比が大きい。この高い金属存在量を説明するために、主に3つの[[理論]]が提唱されている。
*1つ目は、水星は元々ありふれた[[コンドライト]]隕石と同程度の金属-珪酸塩比を持ち、その質量が現在よりも約2.25倍大きかったが、太陽系形成の初期に水星の 1/6 程度の質量を持つ[[原始惑星]]と衝突した<ref name="Benz">{{cite journal | title=Collisional stripping of Mercury's mantle | author=Benz, W.; Slattery, W. L.; Cameron, A. G. W. | journal=Icarus | volume=74 | issue=3 | pages=516–528 | year=1988 | accessdate=2011-03-19|language=英語| doi=10.1016/0019-1035(88)90118-2 }}</ref>ために元々の[[地殻]]と[[マントル]]の大部分が吹き飛んで失われ、延性を持つ金属核は合体したために比率が高い現在の姿になったという理論である<ref name=MatsuEar36>[[#松井『惑星』|松井『惑星』、第二章 そそり立つ絶壁の壁、pp.&nbsp;36–37、水素の起源]]</ref><ref name="Benz"/>。これは地球の月の形成を説明する[[ジャイアント・インパクト説|ジャイアント・インパクト理論]]と同様なメカニズムであり<ref name="Benz"/>、「巨大衝突説」と呼ばれる<ref name=Miya71 /><ref name=Newton58>[[#ニュートン(別2009)| ニュートン (別2009)、pp.&nbsp;58–59、水星の巨大な核はどうやってできた?]]</ref>。また、このような現象は[[原始惑星]]形成時から起こり、水星軌道では選択的に金属が集まりやすかったという「選択集積説」も有力な仮説として唱えられている<ref name=Newton58 /><ref name=Miya71>[[#宮本ら2008|宮本ら (2008)、1.水星、pp.&nbsp;71–72、1-3起源を探る探査]]</ref>。
*2つ目は、水星が原始太陽系星雲の歴史のごく初期の段階に形成され、その時には未だ太陽からのエネルギー放射が安定化していなかったことが原因という理論である<ref name=Miya71 />。この理論では、当初水星は現在の約2倍の質量を持っていたが、[[原始星]]段階の太陽が収縮するにつれて活動が活発化して[[プラズマ]]を放出し<ref name=Newton58 />、このために水星付近の温度が 2,500 - 3,500 K、あるいは 10,000 K 近くにまで加熱された。表面の岩石がこの高温によって蒸発して岩石蒸気となり、これが原始太陽系円盤ガスと混合して運び去られたため、マントルが薄くなったという<ref name="CameronAGW1">{{cite journal | title = The partial volatilization of Mercury | author =  Cameron, A. G. W. | journal = Icarus | volume = 64  | issue = 2| pages = 285–294  | year = 1985 | doi = 10.1016/0019-1035(85)90091-0 }}</ref>。これは「蒸発説」と呼ばれる<ref name=Miya71 /><ref name=Newton58 />。
*3つ目は、原始太陽系星雲からの太陽風が水星表面に付着していた軽い粒子に[[抗力]]を生じさせ、奪い去る現象が重なったという理論である<ref>{{cite journal | title = Iron/silicate fractionation and the origin of Mercury | author = Weidenschilling, S. J. | journal = Icarus | volume =  35 | issue = 1 | pages = 99–111 | year = 1987 | accessdate=2011-03-19|language=英語| doi = 10.1016/0019-1035(78)90064-7}}</ref>。他にも、水星は地殻部分がコアとマントルの冷却よりも先に形成されたため、これが影響したという説もある<ref>{{cite journal | title = Lobate Thrust Scarps and the Thickness of Mercury's Lithosphere | author = Schenk, P.; Melosh, H. J.; | journal = Abstracts of the 25th Lunar and Planetary Science Conference | volume = 1994 | pages = 1994LPI....25.1203S | accessdate=2011-03-19|language=英語| url =  https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1994LPI....25.1203S/abstract | date = 03/1994 }}</ref>。

これらの各仮説では、水星表面の構成に異なった影響を与えると考えられている。 探査機[[メッセンジャー (探査機)|メッセンジャー]]と水星に向けて航行中の[[ベピ・コロンボ]]は、この課題を観測する目的を担う予定である<ref name="MSGRgrayzeck">{{cite web| first=Ed | last=Grayzeck | url=http://messenger.jhuapl.edu/| title=MESSENGER Web Site | publisher=Johns Hopkins University | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref><ref name="ESA pages">{{cite web| url=http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=30| title=BepiColombo | work=ESA Science & Technology| publisher=European Space Agency| accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref><ref name=Newton58 />。

=== 地形 ===
[[File:Caloris Basin comparison.jpg|200px|left|thumb|[[カロリス盆地]]。内側の円が示すように、マリナー10号による観測で、直径は約1300&nbsp;kmと見積もられていた。しかし、外側の円が示すように、メッセンジャーによる観測で、実際の直径は約1550&nbsp;kmだったと判明した<ref name="T_planets_p75">田近 英一（監修）『【大人のための図鑑】惑星・太陽の大発見』 p.75 新星出版社 2013年7月25日発行 ISBN 978-4-405-10802-8</ref>。]]

当初、水星の地形は望遠鏡による[[アルベド]]の計測で予想された。地域によって反射率に差異があり、これは月の[[高地]]のような[[リンクルリッジ]]・[[山脈]]・[[平野]]・{{仮リンク|ルペス|en|Rupes}}（[[絶壁]]）・{{仮リンク|ヴァリス (谷)|en|Vallis|label=ヴァリス}}（[[谷]]）などがあるためと推測された<ref>{{cite web | last=Blue | first=Jennifer | date=April 11, 2008 | url=http://planetarynames.wr.usgs.gov/ | title=Gazetteer of Planetary Nomenclature  | publisher=US Geological Survey | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref><ref name="DunneCh7" />。

1975年のマリナー10号による観測で得た情報から基本的な部分が明らかになった。水星の地表は月の地表と似ており、その特徴は、数十億年単位時間を経て形成される[[月の海]]のような滑らかな面や、全球を覆う多様な大きさの[[クレーター]]が数多く存在している点にある<ref name=Miya66>[[#宮本ら2008|宮本ら (2008)、1.水星、pp.&nbsp;66–71、1-2水星の表面]]</ref><ref name=Spudis01>{{cite journal | first=P. D. | last=Spudis | title=The Geological History of Mercury | journal=Workshop on Mercury: Space Environment, Surface, and Interior, Chicago | year=2001 |pages=100 | url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2001mses.conf..100S/abstract | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref><ref name=nrao>{{cite news | last=Finley | first=Dave | date=May 3, 2007 | title=Mercury's Core Molten, Radar Study Shows | publisher=National Radio Astronomy Observatory | url=http://www.nrao.edu/pr/2007/mercury/ | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。その中で最も大きな地形は[[カロリス盆地]]である。従来は、カロリス盆地の直径は1300&nbsp;km程度と見積もられていたものの、探査機のメッセンジャーの観測により、実際の直径は約1550&nbsp;kmだったと判明した<ref name="T_planets_p75">田近 英一（監修）『【大人のための図鑑】惑星・太陽の大発見』 p.75 新星出版社 2013年7月25日発行 ISBN 978-4-405-10802-8</ref>。これは水星の直径の1/4以上に相当する。この惑星のサイズに比して巨大な地形は、46億年前に水星が形成されて間もなく始まり38億年前まで続いた[[後期重爆撃期]]に<ref>{{cite journal|author=Strom, Robert|month=September | year=1979 |volume=24|title=Mercury: a post-Mariner assessment|journal=Space Science Reviews|pages=3–70}}</ref>、[[彗星]]や[[隕石]]が衝撃を和らげる大気が無い水星に<ref>{{cite journal|last=Broadfoot|first=A. L.|coauthors=S. Kumar, M. J. S. Belton, and M. B. McElroy|title=Mercury's Atmosphere from Mariner&nbsp;10: Preliminary Results|journal=Science|volume= 185|issue= 4146|date=July 12, 1974 |pages=166–169|doi=10.1126/science.185.4146.166|pmid=17810510}}</ref>衝突を繰り返すことでクレーターを形成し<ref name="DunneCh7">{{cite book|title=The Voyage of Mariner&nbsp;10 — Mission to Venus and Mercury|author=Dunne, J. A. and Burgess, E.|chapterurl=http://history.nasa.gov/SP-424/ch7.htm|publisher=NASA History Office|year=1978|chapter=Chapter Seven|url=http://history.nasa.gov/SP-424/| accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>、当時まだ活発だった[[火山]]活動によって[[盆地]]が[[マグマ]]で埋まり形成されたと考えられる<ref name=Miya66 /><ref>{{cite web | author=Staff | date=August 5, 2003 | url=http://astrogeology.usgs.gov/Projects/BrowseTheGeologicSolarSystem/MercuryBack.html | title=Mercury | publisher=U.S. Geological Survey | accessdate=2011-03-19|language=英語
}}</ref><ref>{{cite journal | last=Head | first=James W. | coauthors=Solomon, Sean C. | title=Tectonic Evolution of the Terrestrial Planets | journal=Science | year=1981 | volume=213 | issue=4503 | pages=62–76 | url=http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/213/4503/62 | doi=10.1126/science.213.4503.62 | accessdate=2011-03-19|language=英語| pmid=17741171 }}</ref>。

[[File:BepiColombo surveys Mercury s rich geology.png|thumb|水星の表面]]
水星の地表はクレーターに覆われており、比較的なだらかな領域がところどころに広がるなど、月の表面地形と似ている。しかし水星の表層には、カリウムや硫黄、ナトリウムなどの揮発性が高い成分が月面と比べて桁違いに多いことが明らかとなっており、その形成過程が月とは大きく異なるものと考えられている{{R|Kameda2021}}。

水星の地表を特徴付けるもう1つの地形は、惑星の広い範囲に散在する高さ約2 km、長い物では500 km<ref name=Newton56>[[#ニュートン(別2009)| ニュートン (別2009)、pp.&nbsp;56–57、太陽から一番近い惑星]]</ref>に達する断崖(線構造)であり<ref name=Miya66 />、リンクルリッジと呼ばれる<ref name=Newton56 />。これは水星の内部が冷却され、半径が1-2kmほど縮む過程で形成された「しわ」であると考えられているが<ref name=Newton56 /><ref>{{cite journal |last=Dzurisin |first=D. |date=October 10, 1978 |title=The tectonic and volcanic history of Mercury as inferred from studies of scarps, ridges, troughs, and other lineaments |journal=Journal of Geophysical Research |volume=83 |pages=4883–4906 |url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1978JGR....83.4883D/abstract |accessdate=2011-03-19|language=英語|doi=10.1029/JB083iB10p04883 }}</ref>、太陽の[[潮汐力]]の影響という異説も存在する<ref name=Tides>{{cite journal |last=Van Hoolst |first=Tim |coauthors=Jacobs, Carla |year=2003 |title=Mercury's tides and interior structure |journal=Journal of Geophysical Research |volume=108 |issue=E11 |pages=7 |doi=10.1029/2003JE002126 | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。太陽が水星に与える潮汐力は、地球が月に与える力の約17倍と推定され<ref name=Tides />、そのために水星では赤道部分が膨らむ潮汐変形が起きている。

=== 地殻物質 ===
水星の表面には、鉄酸化物の存在量が他の地球型惑星と比較しても少なく重量比1 - 3%程度しか無い。これが反射率の高さに繋がっている。代わって、ナトリウム分が多い[[斜長石]]や鉄をあまり含まない[[輝石]]（[[頑火輝石]]）が主に占める<ref name=Miya66 />。

=== 大気 ===
{{main|水星の大気}}
水星は重力が小さいため、長く[[大気]]を留めておくことは難しい。しかし、ごく薄く[[分子]]同士の衝突がほとんど無い無衝突大気の存在が確認されている<ref name=Miya66 /><ref>{{cite journal | author=Domingue, Deborah L. ''et al.'' | title=Mercury's Atmosphere: A Surface-Bounded Exosphere | journal=Space Science Reviews | volume=131 | issue=1&ndash;4 | pages=161&ndash;186 | year=2009 | month=August | doi=10.1007/s11214-007-9260-9 | url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2007SSRv..131..161D/abstract}}</ref><ref>{{Cite web|和書| url=http://wwwsoc.nii.ac.jp/jepsjmo/cd-rom/2009cd-rom/program/session/pdf/P144/P144-025.pdf |format=PDF| title=かぐや搭載UPI-TVISによる月ナトリウム大気の観測|author=鍵谷将人、田口真、山崎敦、村上豪、吉川一朗、菊池雅行、岡野章一| publisher=日本地球惑星科学連合| accessdate=2011-03-11|language=日本語}}</ref>。水星の気圧は10<sup>-7</sup> [[パスカル (単位)|Pa]] (10<sup>−12</sup>[[気圧 (単位)|気圧]]) 程度と推測され、その成分は[[水素]]・[[ヘリウム]]の主成分<ref name=MatsuEar33>[[#松井『惑星』|松井『惑星』、第二章 そそり立つ絶壁の壁、pp.&nbsp;33–34、灼熱と極寒の同居する世界]]</ref>に加え、[[ナトリウム]]・[[カリウム]]・[[カルシウム]]・[[酸素]]などが検出されている<ref name=Miya66 /><ref name="ISAS"/><ref name="ASTROTARTS">[https://www.astroarts.co.jp/news/2006/11/15mercurial_atmosphere/index-j.shtml 水星大気の時間変動を地上から観測【2006年11月15日 アストロアーツ】]</ref>。

この大気組成は一定しておらず、絶えず供給と[[大気散逸|散逸]]を繰り返している。水素やヘリウムは[[太陽風]]の粒子を水星磁場が捕捉したものと考えられ、やがて宇宙空間に拡散されてゆく。地殻で生じる[[放射性崩壊]]も一つのヘリウム供給源であり、ナトリウムやカリウムも地殻起源である。[[水蒸気]]も存在しており、これは水星の表面が崩壊して生じたものと、太陽風の水素と岩石由来の酸素が[[スパッタリング]]を起こして生成されるもの、[[永久影]]にある水の氷が[[昇華 (化学)|昇華]]して発生するものがある。探査機メッセンジャーによる水の存在に関連するO<sup>+</sup>、OH<sup>−</sup>、H<sub>2</sub>O<sup>+</sup>などの[[イオン (化学)|イオン]]発見は、驚きをもって受け止められた<ref>{{cite book | author=Hunten, D. M.; Shemansky, D. E.; Morgan, T. H. | year=1988 | publisher=University of Arizona Press | isbn=0-8165-1085-7 | chapter=The Mercury atmosphere | title=Mercury | chapterurl=http://www.uapress.arizona.edu/onlinebks/Mercury/MercuryCh17.pdf | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref><ref>{{cite news | first=Emily | last=Lakdawalla | date=July 3, 2008 | title=MESSENGER Scientists 'Astonished' to Find Water in Mercury's Thin Atmosphere | url=http://www.planetary.org/news/2008/0703_MESSENGER_Scientists_Astonished_to.html | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。これら発見されたイオンの量から、科学者らは水星の表面は太陽風に吹き晒されている状態にあると推測した<ref>{{cite journal | author=Zurbuchen, Thomas H. ''et al.'' | title=MESSENGER Observations of the Composition of Mercury's Ionized Exosphere and Plasma Environment | journal=Science | volume=321 | issue=5885 | pages=90&ndash;92 | month=July | year=2008 | doi=10.1126/science.1159314 | pmid=18599777}}</ref><ref>{{cite news | publisher=University of Michigan | date=June 30, 2008 | title=Instrument Shows What Planet Mercury Is Made Of | url=http://newswise.com/articles/view/542209/ | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。

大気中にナトリウム・カリウム・カルシウムがあることは1980-1990年代に発見され、当初は隕石衝突による地殻の[[蒸発]]がこれらを供給していると考えられた<ref name=Killen2007>{{cite journal|last=Killen|first=Rosemary|coauthors=Cremonese, Gabrielle; Lammer, Helmut ''et al.''|title=Processes that Promote and Deplete the Exosphere of Mercury|year=2007|journal=Space Science Reviews|volume=132|pages=433–509|doi=10.1007/s11214-007-9232-0|ref=Killen2007|url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2007SSRv..132..433K/abstract}}</ref>。さらに探査機メッセンジャーによってマグネシウムの存在が確認された<ref name=McClintock2009>{{cite journal|last=McClintock|first=William E.|coauthors=Vervack Jr., Ronald J.; Bradley, E. Todd ''et al.''|title=MESSENGER Observations of Mercury's Exosphere: Detection of Magnesium and Distribution of Constituents|journal=Science|year=2009|volume=324|doi=10.1126/science.1172525|pages=610–613|url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2009Sci...324..610M/abstract|pmid=19407195|issue=5927}}</ref>。その時点での研究の結果、ナトリウムの供給領域は惑星磁場に対応する部分に絞られた。これは水星の表面と磁場が相互作用を起こしていることを示す<ref name="chaikin1" />。

=== 温度 ===
表面の[[平均]][[温度]]は 452[[ケルビン|K]]（179 ℃）であるが<ref name="nssdcMercury" />、温度変化は 90-100 K から 700 K におよぶ<ref name="ESAs&t" /><ref>{{cite book | author=Prockter, Louise | title=Ice in the Solar System | publisher=Johns Hopkins APL Technical Digest | volume=Volume 26 | issue=number 2 | year=2005 | url=http://www.jhuapl.edu/techdigest/td2602/Prockter.pdf |format=PDF| accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。水星は公転と自転が共鳴しているため、[[近点・遠点|近日点]]において特定の2箇所が[[正中|南中]]を迎え最高温度の700Kに達する。この場所は「熱極」と呼ばれ、カロリス盆地とその正反対側が当たる<ref name=Miya63-1/>。[[近点・遠点|遠日点]]では500K程度になる<ref>{{cite book | first=John S. | last=Lewis | year=2004 | title=Physics and Chemistry of the Solar System | page=463 | edition=2nd | publisher=Academic Press | isbn=0-12-446744-X }}</ref>。日陰部の最低温度は平均110Kほどである<ref>{{cite journal | last=Murdock | first=T. L. | coauthors=Ney, E. P. | title=Mercury: The Dark-Side Temperature | journal=[[Science (journal)|Science]] | year=1970 | volume=170 | issue=3957 | pages=535–537 | url=http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/170/3957/535 | doi=10.1126/science.170.3957.535 | accessdate=2011-03-19|language=英語| pmid=17799708 }}</ref>。太陽光は地球の[[太陽定数]]の4.59 - 10.61倍に相当し<ref name=MatsuEar33 />、エネルギー総計では 3,566 W/m<sup>2</sup> となる<ref>{{cite book | title=Physics and Chemistry of the Solar System | author=Lewis, John S. | page=461 | publisher=Academic Press | year=2004 | url=https://books.google.co.jp/books?id=ERpMjmR1ErYC&pg=RA1-PA461&lpg=RA1-PA461&dq=solar-constant+mercury+-wikipedia+-wiki+-encyclopedia&redir_esc=y&hl=ja | accessdate=2011-03-19|language=英語| isbn=978-0-12-446744-6}}</ref>。

このような高温に晒されながら、水星には[[氷]]（＝固体の水{{small|<chem>H2O</chem>}}）の存在が確認されている<ref>[[コズミックフロント☆NEXT#放送履歴|コズミックフロント☆NEXT]]2021年2月25日放送「冒険者たちが語る　太陽系のヒミツ　太陽と水星」</ref>。北極と南極に近く深いクレーターの中には太陽光が当たらない[[永久影]]となる部分があり、温度が102K以下に保たれている<ref>{{cite journal | author=Ingersoll, Andrew P.; Svitek, Tomas; Murray, Bruce C. | title=Stability of polar frosts in spherical bowl-shaped craters on the moon, Mercury, and Mars | journal=Icarus | volume=100 | issue=1 | pages=40&ndash;47 | month=November | year=1992 | bibcode=1992Icar..100...40I | doi=10.1016/0019-1035(92)90016-Z }}</ref>。これは1992年<ref>{{Cite web|和書| url=http://www-irc.mtk.nao.ac.jp/~fumi/toyo_2006/kouki/2006_k_02.pdf |format=PDF| title=第2回 現在の太陽系の姿|author=吉田二美  | publisher=[[自然科学研究機構]][[国立天文台]] | accessdate=2011-03-11|language=日本語}}</ref>、[[ゴールドストーン深宇宙通信施設]]の70m[[電波望遠鏡]]と[[超大型干渉電波望遠鏡群]]（VLA）が、水の氷による強い[[レーダー]][[反射 (物理学)|反射]]を観測して確認された<ref>{{cite journal | last=Slade | first=M. A. | coauthors=Butler, B. J.; Muhleman, D. O. | year=1992 | title=Mercury radar imaging — Evidence for polar ice | journal=[[Science (journal)|Science]] | volume=258 | issue=5082 | pages=635–640 | doi=10.1126/science.258.5082.635 | accessdate=2011-03-19|language=英語| pmid=17748898 }}</ref>。この反射現象は他にも原因を考えうるが、天文学者は水の氷が存在する可能性が最も高いと考えている<ref>{{cite web | last=Williams | first=David R. | date=June 2, 2005 | url=http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/ice/ice_mercury.html | title=Ice on Mercury | publisher=NASA Goddard Space Flight Center | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。2012年6月、[[メッセンジャー (探査機)|メッセンジャー]]が撮影した極地の画像により、氷が存在する可能性が裏付けられたと、[[ジョンズ・ホプキンズ大学]]などの研究チームが発表した。この氷の量は 10{{e|14}} - 10{{e|15}} kg 程度であり<ref name="Zahnle1">{{cite journal | last=Rawlins |first=K | coauthors=Moses, J. I.; Zahnle, K.J. | title=Exogenic Sources of Water for Mercury's Polar Ice | journal=Bulletin of the American Astronomical Society | year=1995 |volume=27 | bibcode=1995DPS....27.2112R | page=1117}}</ref>、[[レゴリス]]が覆うことで[[昇華 (化学)|昇華]]から防がれていると考えられる<ref>{{cite journal | author=Harmon, J. K.; Perillat, P. J.; Slade, M. A. | title=High-Resolution Radar Imaging of Mercury's North Pole | journal=Icarus | volume=149 | issue=1 | pages=1&ndash;15 | year=2001 | month=January | doi=10.1006/icar.2000.6544 }}</ref>。なお、地球の[[南極]]に存在する氷は4 {{e|18}}kg、[[火星]]の南極には10{{e|16}}kg程度の水の氷があると言われる<ref name="Zahnle1" />。水星の氷の起源は不明だが、[[彗星]]の衝突もしくは水星内部からの放出で生まれたという説が有力である<ref name="Zahnle1" />。

=== 磁場 ===
[[File:Mercury Magnetic Field NASA.jpg|thumb|メッセンジャーの2008年の観測グラフ。ピークが水星磁場の存在を示している。]]

水星は59日という遅い自転速度であるにもかかわらず、地球の磁気圏の約1.1%に相当する比較的強い4.9{{e|-12}}[[テスラ (単位)|T]]の[[磁気圏]]を持つことがマリナー10号の観測で発見された<ref name=Miya63-1 /><ref name=russell_luhmann1997>{{cite web | author=Russell, C. T.; Luhmann, J. G. | year=1997 | title=Mercury: Magnetic Field and Magnetosphere | publisher=Space Physics Center, UCLA Institute of Geophysics and Planetary Physics | url=http://www-spc.igpp.ucla.edu/personnel/russell/papers/merc_mag/  | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref><ref>{{cite book | title=Astronomy: The Solar System and Beyond | first=Michael A. | last=Seeds | year=2004 | isbn=0-534-42111-3 | publisher=Brooks Cole | edition=4th}}</ref><ref>{{cite web | last=Williams | first=David R. | date=January 6, 2005 | url=http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planetfact.html | title=Planetary Fact Sheets | publisher=NASA National Space Science Data Center | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。この磁場は、地球と同じく[[双極子]]である<ref name=Miya63-1 /><ref name="chaikin1">{{cite book | first=J. Kelly | last=Beatty | coauthors=Petersen, Carolyn Collins; Chaikin, Andrew | title=The New Solar System | year=1999 | publisher=Cambridge University Press | isbn=0-521-64587-5 }}</ref>が、地球にみられるような磁場の軸と自転軸とのずれはほとんど無い<ref name="qq">{{cite web | author=Staff | date=January 30, 2008 | url=http://messenger.jhuapl.edu/gallery/sciencePhotos/image.php?page=2&gallery_id=2&image_id=152 | title=Mercury's Internal Magnetic Field | publisher=NASA | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。探査機マリナー10号とメッセンジャーの観測によって、この磁場は安定的なものであることが分かった<ref name="qq" />。

詳しくは明らかにはなっていないが、この磁場は地球と同様に流体核の循環運動による[[ダイナモ効果]]で生まれている可能性がある<ref name=Miya63-1 /><ref>{{cite web| last=Gold | first=Lauren | date=May 3, 2007 | url=http://www.news.cornell.edu/stories/May07/margot.mercury.html | title=Mercury has molten core, Cornell researcher shows | publisher=Cornell University | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref><ref>{{cite journal | last=Christensen| first=Ulrich R. | title=A deep dynamo generating Mercury's magnetic field| journal=Nature | year=2006 | volume=444 | pages=1056–1058 | doi=10.1038/nature05342 | pmid=17183319 | issue=7122 }}</ref>。水星の核は純粋なニッケルや鉄が[[融解]]するほどの高温を維持していないと考えられているが、[[硫黄]]などの不純物が 0.2 - 5 % ほど核に混入すると融点が適度に低下し、地球と同様に固体の内核と液体の外核に分離する可能性がある。仮にこのメカニズムで磁場が発生しているならば、液体の外核はおよそ 500 km の厚さを持つと推定される<ref name=Miya63-1 />。また、水星の公転軌道の離心率が高いことから、太陽が及ぼす潮汐力の影響も考えられる<ref>{{cite journal | last=Spohn | first=T. | coauthors=Sohl, F.; Wieczerkowski, K.; Conzelmann, V. | title=The interior structure of Mercury: what we know, what we expect from BepiColombo | journal=Planetary and Space Science | year=2001 | volume=49 | issue=14–15 | pages=1561–1570 | doi=10.1016/S0032-0633(01)00093-9 }}</ref>。他にも、核とマントルの境界で生じる熱電作用や、過去に起きていたダイナモ効果が消えてしまった後も名残の磁場が固体の磁性体物質に「凍結」しているという理論もある<ref name=Miya63-1 />。後者では核が液体である必要はないが、水星磁場は現在も生み出されていると考えられているため、21世紀初頭の時点ではこの説はあまり支持されていない{{R|Kameda2021}}。

=== 磁気圏 ===
水星磁場は惑星の周囲で太陽風をそらして[[磁気圏]]をつくり<ref name=Miya63-1 />、{{仮リンク|宇宙風化作用|en|space weathering}}に抵抗する程度には<ref name="qq" />強力だが、それは地球の大きさに収まる位の範囲でしかない<ref name="chaikin1" />。マリナー10号の観測では、夜側の磁場圏でエネルギーが低い[[プラズマ]]が観測され、高エネルギー粒子の噴出も見つかった。これは、惑星磁気圏の高い活動を示している<ref name="chaikin1" />。2008年10月6日にメッセンジャーが2度目の[[フライバイ]]を行った際、惑星磁場と繋がったまま水星半径の1/3に相当する800kmの長さに伸びた竜巻のようにねじれた磁気の束と遭遇した。これは、水星磁場が「漏れやすい」性質を持つことを示す。この竜巻は、太陽風が運んだ磁場と惑星磁場が接触した際に発生する。太陽風の通過とともに繋がった磁場は引き出され、渦のようなねじれ構造を持つ。このような、惑星磁場の磁力管が太陽風によって引っぱり出される現象（{{仮リンク|磁束輸送事象|en|flux transfer event}}）は、磁場の壁に穴を空けてしまい、そこから水星表面に影響を及ぼす太陽風が吹き込む事態を起こす<ref name="NASA060209">{{cite web | first=Bill | last=Steigerwald | date=June 2, 2009 | title=Magnetic Tornadoes Could Liberate Mercury's Tenuous Atmosphere | publisher=NASA Goddard Space Flight Center | url=http://www.nasa.gov/mission_pages/messenger/multimedia/magnetic_tornadoes.html | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。[[磁気再結合]]と呼ばれるこのような現象は珍しくなく、地球でも起こっている。ただし現在の観測では、これが生じる速度は地球よりも10倍も速く、水星が太陽に近いことでもこの速さの1/3程度しか説明出来ない<ref name="NASA060209" />。

== 座標系 ==
水星の[[経度]]は自転方向に従い、西に向かって増えるよう設定されている（つまり、水星の惑星面経度はすべて西経で表示される）。水星では [[フン・カル]] という名の小さなクレーターの経度が西経20度として定義され、測定の基準点になっている<ref>{{cite web|url=http://astrogeology.usgs.gov/Projects/WGCCRE/constants/iau2000_table1.html|accessdate=2011-03-19|language=英語|title=USGS Astrogeology: Rotation and pole position for the Sun and planets (IAU WGCCRE)}}</ref><ref>{{Cite web|和書|url=http://www.nao.ac.jp/koyomi/faq/ephemeris.html |accessdate=2011-03-11|title=こよみ用語解説 惑星の自転軸|publisher=[[国立天文台]]}}</ref>。

== 人類による認識 ==
=== 古代 ===
[[File:Mercurius.jpg|180px|left|thumb|俊足の神[[メルクリウス]]。英語Mercuryの[[語源]]となった。]]

水星について記述された最古の観測記録は、[[紀元前]]14世紀頃の[[アッシリア]]人によって作られたと考えられる星図表[[:en:Mul.Apin|Mul.Apin]]である<ref>{{cite journal | title=The Latitude and Epoch for the Origin of the Astronomical Lore in Mul.Apin | first=Bradley E. | last=Schaefer | journal=American Astronomical Society Meeting 210, #42.05 | year=2007 | volume=38 | month=May | url=http://cdsads.u-strasbg.fr/abs/2007AAS...210.4205S | page=157 | publisher=American Astronomical Society}}</ref>。この表における水星の[[楔形文字]]表記は、Udu.Idim.Gu\u<sub>4</sub>.Ud{{Efn|楔形文字の翻訳には、「MUL」を伴った資料もある。ただしMULはシュメールにおいて「星」を意味し、固有名詞の一部とは考えられない。「4」は、シュメール語とアッカド語の翻訳法において、楔形文字の単語が持つ複数の音節のうちいずれかを指定するためにつけられた参照番号と考えられる。}}（the jumping planet、「跳ぶ星」）と訳された<ref>{{cite journal | first=Hermann | last=Hunger |coauthors=Pingree, David | title=MUL.APIN: An Astronomical Compendium in Cuneiform | journal=Archiv für Orientforschung | volume=24 | publisher=Verlag Ferdinand Berger & Sohne Gesellschaft MBH | location=Austria | year=1989 | page=146 }}</ref>。[[バビロニア]]にも紀元前1000年代の記録があり、彼らは[[神話]]に登場する伝達する神[[ナブー (メソポタミア神話)|ナブー]]になぞらえた名称をつけていた<ref name="JHU history">{{cite web | year=2008 | author=Staff | url=http://btc.montana.edu/messenger/elusive_planet/ancient_cultures_2.php | title=MESSENGER: Mercury and Ancient Cultures | publisher=NASA JPL | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。

[[古代ギリシア]]では[[ヘーシオドス]]（紀元前700年頃?）の時代には知られ、{{Lang|el|Στίλβων}}（Stilbon、「微かな光」の意）や{{Lang|el|Ἑρμάων}}（Hermaon）と呼ばれていた<ref>{{cite book |author= H.G. Liddell and R. Scott |coauthors=''rev.'' H.S. Jones and R. McKenzie |title=Greek–English Lexicon, with a Revised Supplement |edition=9th |year=1996 |publisher=Clarendon Press |location=Oxford |isbn=0-19-864226-1 |pages=690 and 1646 }}</ref>。[[ヘラクレイデス]]は、水星と金星が地球でなく太陽の周りを回っていると考えるに値する観測を行った<ref>{{Cite web|和書| title=グローバルテクトニクスの新概念 科学における政治的正当性 Part1|author=山内輝子、山内靖喜 | publisher=NCGT | url=http://kei.kj.yamagata-u.ac.jp/ncgt/NewsLetterJ/NCGT19J.pdf |format=PDF | accessdate=2011-03-13 }}</ref>。古代ギリシア世界では、宵の水星に[[ヘルメース]]、明けの水星には[[アポローン]]を対応させていたが、やがてこの2つの星が同一のものであることに気づいた<ref name="Dunne">{{cite book|title=The Voyage of Mariner&nbsp;10 — Mission to Venus and Mercury|author=Dunne, J. A. and Burgess, E.|chapterurl=http://history.nasa.gov/SP-424/ch1.htm|publisher=NASA History Office|year=1978|chapter=Chapter One|url=http://history.nasa.gov/SP-424/}}</ref>。その後、最内周惑星で運行が速いことから、ヘルメースと同一視されていた俊足の神[[メルクリウス]]の名があてられ、これが英語のマーキュリー（Mercury = 水星）の[[語源]]となった<ref>{{cite book|title=Astronomy: A Textbook|first=John Charles|last=Duncan|year=1946|publisher=Harper & Brothers|page=125|quote=The symbol for Mercury represents the Caduceus, a wand with two serpents twined
around it, which was carried by the messenger of the gods.}}</ref><ref>{{cite book | first=Eugène Michel | last=Antoniadi | coauthors=Translated from French by Moore, Patrick | year=1974 | title=The Planet Mercury | publisher=Keith Reid Ltd | location=Shaldon, Devon | pages=9–11 | isbn=0-904094-02-2 }}</ref>。

[[古代中国]]では水星は「辰星」の名で知られ、方角の「北」、[[五行思想]]の「水」と対比させていた<ref>{{cite book| first=David H.| last=Kelley | authorlink=デイヴィッド・H・ケリー|coauthors=Milone, E. F.; [[アンソニー・アヴェニ|Aveni, Anthony F.]] | year=2004 | title=Exploring Ancient Skies: An Encyclopedic Survey of Archaeoastronomy | publisher=Birkhäuser | isbn=0-387-95310-8 }}</ref>。水を当てはめた理由は、流水を水星の公転速度の速さに見立てたためであり、西洋の俊足神メルクリウスと同じ着眼である。現代でも、中国・[[日本]]・[[韓国]]・[[ベトナム]]では[[漢字]]で「水星」と書かれ、五行思想の反映が見られる。[[インド神話]]では、水星には水曜日を司る神[[ブダ (インド神話)|ブダ]]の名が与えられる<ref>{{cite book | first=R.M. | last=Pujari | coauthors=Kolhe, Pradeep; Kumar, N. R. | year=2006 | title=Pride of India: A Glimpse Into India's Scientific Heritage | publisher=Samskrita Bharati | isbn=81-87276-27-4 }}</ref>。曜日との関連は、{{仮リンク|ゲルマン人の思想|en|Germanic paganism}}でも神[[オーディン]]が水星と水曜日を司るという考えがある<ref>{{cite book | first=Michael E. | last=Bakich | year=2000 | title=The Cambridge Planetary Handbook | publisher=Cambridge University Press | isbn=0-521-63280-3 }}</ref>。

[[マヤ文明]]では水星は[[フクロウ]]に喩えられ、1羽という時と、朝夕それぞれ2羽の計4羽と考えられることもあった。彼らは地下世界からの使者と考えられた<ref>{{cite book | first=Susan | last=Milbrath | year=1999 | title=Star Gods of the Maya: Astronomy in Art, Folklore and Calendars | publisher=University of Texas Press | isbn=0-292-75226-1 }}</ref>。
{{Clearleft}}

=== 中世 ===
[[File:Shatir500.jpg|thumb|200px|[[イブン・シャーティル]]の天体モデルにも水星が描かれている。]]

中世[[イスラム]]世界では、11世紀に[[アンダルス]]の天文学者[[ザルカーリー]]が水星の公転軌道が卵や松の実のような楕円形だと主張した。ただし彼の天文学理論や計算に、この考えは反映されなかった<ref>{{cite journal | author=Samsó, Julio; Mielgo, Honorino | url=https://articles.adsabs.harvard.edu/full/1994JHA....25..289S | title=Ibn al-Zarqālluh on Mercury | journal=Journal for the History of Astronomy | volume=25 | year=1994 | pages=289–96 [292] }}</ref><ref>{{cite journal | first=Willy | last=Hartner | title=The Mercury Horoscope of Marcantonio Michiel of Venice | journal=Vistas in Astronomy | volume=1 | year=1955 | pages=118-122}}</ref>。12世紀には[[イブン・バーッジャ]]が「太陽面にある2つの黒い点」を観察した。13世紀には、{{仮リンク|マラーゲ天文台|en|Maragheh observatory}}の[[クトゥブッディーン・シーラーズィー]]が、これは[[水星の太陽面通過|水星]]か[[金星の太陽面通過]]またはその両方だと述べた<ref>{{cite conference | title=History of oriental astronomy: proceedings of the joint discussion-17 at the 23rd General Assembly of the International Astronomical Union, organised by the Commission 41 (History of Astronomy), held in Kyoto, August 25–26, 1997 | first=S. M. Razaullah | last=Ansari | publisher=[[Springer Science+Business Media|Springer]] | year=2002 | isbn=1402006578 | page=137}}</ref>。なお現代では、この種類の中世の報告は太陽[[黒点]]を見ていたものとも取り扱われる<ref>{{cite journal | last=Goldstein | first=Bernard R. | year=1969 | title=Some Medieval Reports of Venus and Mercury Transits | month=December | journal=Centaurus | volume=14 | issue=1 | pages=49–59 | doi=10.1111/j.1600-0498.1969.tb00135.x | bibcode=1969Cent...14...49G }}</ref>。

インドでは、15世紀に[[ケーララ州]]の[[ケーララ学派]]の{{仮リンク|ニーラカンタ・ソーマヤージー|en|Nilakantha Somayaji}}が、16世紀[[デンマーク]]の[[ティコ・ブラーエ]]に先立ち、太陽の周囲を水星と地球が周回する太陽系モデルを構築した<ref>{{cite journal | author=Ramasubramanian, K.; Srinivas, M. S.; Sriram, M. S. | title=Modification of the Earlier Indian Planetary Theory by the Kerala Astronomers (c. 1500 AD) and the Implied Heliocentric Picture of Planetary Motion | journal=Current Science | volume=66 | year=1994 | pages=784–790 | url=http://www.physics.iitm.ac.in/~labs/amp/kerala-astronomy.pdf | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。

=== 地上からの観測 ===
[[File:Mercury transit 1.jpg|thumb|left|[[水星の太陽面通過]]。中心下部にある小さな黒い点が水星である。太陽左の縁に見られる黒い部分は太陽黒点である。]]

望遠鏡を用いた水星観測は17世紀初めに[[ガリレオ・ガリレイ]]が手がけたが、天体の{{仮リンク|相 (天文)|en|planetary phase|label=相}}を確認するには充分な機能を発揮しなかった。しかし1631年には[[ピエール・ガッサンディ]]が、[[ヨハネス・ケプラー]]が予告した[[通過 (天文)|天体の通過]]を望遠鏡で観測した。1639年には[[イタリア]]の{{仮リンク|ジョヴァンニ・ズッピ|en|Giovanni Battista Zupi}}が望遠鏡を使って水星を観測し、金星や月と同様に満ち欠けがあることを発見した。これによって、水星が太陽の周りを回っていることが確実になった<ref name=strom/>。惑星同士が交差する[[掩蔽]]は非常に稀な天体現象だが、1737年5月28日に水星と金星で起こった掩蔽は[[グリニッジ天文台]]の[[ジョン・ベヴィス]]によって観察された<ref>{{cite journal |last=Sinnott |first=RW |authorlink= |coauthors=[[ジャン・メーウス|Meeus, J]] |year=1986 |month= |title=John Bevis and a Rare Occultation |journal=Sky and Telescope |volume=72 |issue= |page=220 |id= |url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1986S&T....72..220S/abstract | accessdate=2011-03-19|language=英語|quote= }}</ref>。水星と金星が次に掩蔽を起こすのは2133年12月3日である<ref>{{cite book | first=Timothy | last=Ferris | year=2003 | title=Seeing in the Dark: How Amateur Astronomers | publisher=Simon and Schuster | isbn=0-684-86580-7 }}</ref>。

水星は太陽に接近しているため、観測するのは非常に困難である。水星軌道周期の約半分に相当する期間は、太陽の光に埋もれてしまって見ることができない。またそれ以外の時期でも、朝か夕方のごく短い時間しか観測できない<ref>{{cite journal|last=Baumgardner|first=Jeffrey|coauthors=Mendillo, Michael; Wilson, Jody K.|title=A Digital High-Definition Imaging System for Spectral Studies of Extended Planetary Atmospheres. I. Initial Results in White Light Showing Features on the Hemisphere of Mercury Unimaged by ''Mariner'' 10|journal=The Astronomical Journal|year=2000|volume=119|pages=2458&ndash;2464|doi=10.1086/301323}}</ref>。[[ニコラウス・コペルニクス]]が水星を生涯見られなかったという逸話は有名である。<ref>[http://adsabs.harvard.edu/full/1892Obs....15..321L]Copernicus and Mercury 1892年</ref><ref>[https://web.archive.org/web/20150115113806/http://www.nhk.or.jp/nagano/starproject/special/20130617.html ＮＨＫ長野放送局│星空プロジェクト：【大西教授コラム】夕暮れに輝く水星]</ref>

地球から見た水星にも、[[金星]]や月のような満ち欠けの相が見られる。内合の時に「新水星」、外合の時に「満水星」となるが、これらの時期には太陽と同時に上ったり沈んだりするために、見ることはできない。最大離角の時には半分欠けた形になる。[[西方最大離角]]の時には日の出前に最も早く上り、[[東方最大離角]]の時には日没後に最も遅く沈む。最大離角の値は、近日点ならば17.9度、遠日点ならば27.8度である<ref name=elongation>{{cite web|title=Mercury Chaser's Calculator|publisher=Fourmilab Switzerland|author=John Walker|url=http://www.fourmilab.ch/images/3planets/elongation.html| accessdate=2011-03-19|language=英語}} (look at 1964 and 2013)</ref><ref name=MercHorizons>{{cite web|title=Mercury Elongation and Distance|url=http://home.comcast.net/~kpheider/Mercury.txt| accessdate=2011-03-19|language=英語|archiveurl=https://web.archive.org/web/20110512152841/home.comcast.net/~kpheider/Mercury.txt|archivedate=2011-05-12}} &mdash;Numbers generated using the Solar System Dynamics Group, [http://ssd.jpl.nasa.gov/horizons.cgi?find_body=1&body_group=mb&sstr=1 Horizons On-Line Ephemeris System]</ref>。しかし金星とは異なり、最も明るくなるのは「半月」形と「満月」形の間の相である（金星では「新月」形と「半月」形の間で最も明るくなる）。この理由は各相にある時の地球からの距離による。水星では内合「新水星」と外合「満水星」の時の地球からの距離の差は3倍以下だが、金星では6.5倍にもなる。水星が内合になる周期は平均すると116日だが<ref name="nssdcMercury" />、軌道の離心率が大きいために実際には111日から121日まで変化する。同じ理由で、地球から見て逆行する期間も8日から15日まで変化する。

このような観測の難しさから、水星の理解は他の惑星と比べて遅れた。1800年、[[ヨハン・シュレーター]]は水星表面の観察を行い。高さ20kmの山脈が存在すると主張した。[[フリードリヒ・ヴィルヘルム・ベッセル]]はシュレーターの観察結果から、自転時間を24時間、自転軸の傾斜が70度だという誤った見積もりを発表した<ref name="sao188r">{{cite journal | last=Colombo | first=G. | coauthors=Shapiro, I. I. | title=The Rotation of the Planet Mercury | journal=SAO Special Report #188R | url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1965SAOSR.188.....C/abstract | accessdate=2011-03-19|language=英語| volume=188 | date=11/1965 }}</ref>。1880年代になって、[[ジョヴァンニ・スキアパレッリ]]がより精確な惑星写像を取り、その結果から自転周期は88日であると示唆するとともに、公転も潮汐力から同期した状態にあると考えた<ref>{{cite journal|last=Holden |first=E. S. |year=1890 |title=Announcement of the Discovery of the Rotation Period of Mercury [by Professor Schiaparelli] |journal=Publications of the Astronomical Society of the Pacific |volume=2 |issue=7 |page=79 |url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1890PASP....2...79H/abstract |accessdate=2011-03-19|language=英語|doi=10.1086/120099 }}</ref>。惑星写像への取り組みは引き続き行われ、1934年には[[ユジェーヌ・ミカエル・アントニアディ]]が観測結果と地図を載せた本を出版した<ref name="chaikin1" />。そこには、数多い[[:en:albedo features|albedo features]]（天体面の明暗模様）が反映され、「アントニアディ・マップ」と呼ばれた<ref>{{cite book|url=http://history.nasa.gov/SP-423/sp423.htm|title=Atlas of Mercury|publisher=[[アメリカ航空宇宙局|NASA]] Office of Space Sciences|author=Merton E. Davies, et al.|year=1978|chapter=Surface Mapping|chapterurl=http://history.nasa.gov/SP-423/surface.htm| accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。

1962年6月、[[ウラジーミル・コテルニコフ]]率いる[[ソヴィエト連邦]][[ロシア科学アカデミー|科学アカデミー]]情報通信研究所 （[[:en:Institute of Radio-engineering and Electronics|Institute of Radio-engineering and Electronics]]）は、水星に[[レーダー]]信号を発信し反射を利用した観測を初めて行った。これはレーダーを利用した惑星観測の皮切りとなった<ref>{{cite journal |first= J. V. |last=Evans | coauthors=Brockelman, R. A.; Henry, J. C.; Hyde, G. M.; Kraft, L. G.; Reid, W. A.; Smith, W. W. | title=Radio Echo Observations of Venus and Mercury at 23 cm Wavelength | year=1965 | journal=Astronomical Journal | volume=70 | url=http://articles.adsabs.harvard.edu/abs/1965AJ.....70..486E/0000487.000.html | pages=487&ndash;500 | accessdate=2011-03-19|language=英語| doi=10.1086/109772 }}</ref><ref>{{cite book | last=Moore | first=Patrick | title=The Data Book of Astronomy | page=483 | year=2000 | publisher=CRC Press | location=New York | url=https://books.google.com/books?lr=&as_brr=3&q=kotelnikov+1962+mercury&btnG=Search+Books | isbn=0-7503-0620-3}}</ref><ref>{{cite book | title=To See the Unseen: A History of Planetary Radar Astronomy | url=http://history.nasa.gov/SP-4218/sp4218.htm | first=Andrew J. | last=Butrica | publisher=[[アメリカ航空宇宙局|NASA]] History Office, Washington D.C. | year=1996 | chapter=Chapter 5 | chapterurl=http://history.nasa.gov/SP-4218/ch5.htm | isbn=0-16-048578-9 }}</ref>。3年後に、アメリカの{{仮リンク|ゴードン・ペッティンギル|en|Gordon Pettengill}}らが[[プエルトリコ]]の[[アレシボ天文台]]300m径[[電波望遠鏡]]を用いた観測を行い、最終的に水星の自転周期が59日であることを突き止めた<ref>{{cite journal | last=Pettengill | first=G. H. |coauthors=Dyce, R. B. | title=A Radar Determination of the Rotation of the Planet Mercury | journal=[[Nature (journal)|Nature]] | volume=206 | issue= 1240 | pages= 451–2 | year= 1965 |doi=10.1038/2061240a0 }}</ref><ref>[http://scienceworld.wolfram.com/astronomy/Mercury.html Mercury] at Eric Weisstein's 'World of Astronomy'</ref>。水星の自転は公転と同期していると広く考えられていたため、この発見は驚きをもって受け止められた。同期していれば常に影となる半球は非常に冷たくなるはずだが、電波計測の結果は、予想よりもはるかに高い温度を示していた。それでも天文学者の中には風のような熱を分配する何かしら強力な機構を想定するなど、同期説を簡単には手放さない者もいた<ref>{{cite book | first=Bruce C. | last=Murray | coauthors=Burgess, Eric | year=1977 | title=Flight to Mercury | publisher=Columbia University Press | isbn=0-231-03996-4 }}</ref>。

公転と自転の比率が1対1ではないと提言したのは[[イタリア]]の天文学者[[ジュゼッペ・コロンボ]]であり、彼は公転が自転周期の2/3に相当すると述べた<ref>{{cite journal | last=Colombo | first=G. | title=Rotational Period of the Planet Mercury | journal=Nature | volume=208 | page=575 | year=1965 | doi = 10.1038/208575a0 | accessdate=2011-03-19|language=英語| url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1965Natur.208..575C/abstract }}</ref>。この証明は、マリナー10号から得られたデータで裏づけされた<ref>{{cite web | month=October | year=1976 | author=Davies, Merton E. et al. | url=http://history.nasa.gov/SP-423/mariner.htm | title=Mariner&nbsp;10 Mission and Spacecraft | work=SP-423 Atlas of Mercury | publisher=NASA JPL | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。これは、スキアパレッリとアントニアディの地図が正しいことを示すとともに、他の天文学者が観察した水星表面は2パターンある公転・自転関係のひとつだけを見ていたわけではなく、観測手段が未発達だったために彼らが目にした太陽方向に向けられた表面の違いをさしあたり無視していたことを示した<ref name="sao188r" />。

[[File:Merc fig2sm.jpg|thumb|right|200px|アレシボ天文台が観測した極のクレーター。水の氷が存在する可能性がある<ref>{{cite web|title=Introduction to Planetary Radar – Mercury |publisher=Fourmilab Switzerland|author=[[アメリカ航空宇宙局|NASA]] |url=http://www.naic.edu/%7epradar/radarpage.html | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。]]

地上からの観測は光を反射しない部分を知る手段に乏しく、水星の基本的な特性は探査機を打ち上げて初めて理解できた。しかしながら、20世紀末以降は技術的進歩が進み、地上観測からでも多くの情報を入手できるようになった。2000年、[[ウィルソン山天文台]]の1.5mヘール望遠鏡で高解像度の{{仮リンク|ラッキーイメージング|en|lucky imaging}}観測が行われ、マリナー10号では得られなかった水星表面部分の画像撮影に成功した<ref>{{cite journal | last=Dantowitz | first=R. F. | coauthors=Teare, S. W.; Kozubal, M. J. | title=Ground-based High-Resolution Imaging of Mercury | journal=Astronomical Journal | volume=119 | pages=2455&ndash;2457 | year= 2000 | url=http://ukads.nottingham.ac.uk/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=2000AJ....119.2455D&amp;db_key=AST | doi = 10.1016/j.asr.2005.05.071 }}</ref>。後の解析で、そこにはカロリス盆地を越え、{{仮リンク|スキナカス盆地|en|Skinakas Basin}}の2倍に相当する大きさの巨大な二重クレーターが発見された<ref name=Ksa06>{{cite journal|author = L. V. Ksanfomality|title=Earth-based optical imaging of Mercury| journal= Advances in Space Research |volume= 38|page= 594|year= 2006|url= https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2006AdSpR..38..594K?data_type=HTML&format=&high=461152a03222956&db_key=AST|doi=10.1016/j.asr.2005.05.071}}</ref>。その後もアレシボ天文台による観測で、水星表面の大部分は5kmの解像度で撮影された。この中には、極にあり影に水の氷が存在する可能性を持つクレーターも含まれていた<ref name=Harm06>{{cite journal|author =Harmon, J. K. et al.|title= Mercury: Radar images of the equatorial and midlatitude zones| journal= Icarus |volume= 187|page= 374|year= 2007|url= https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2007Icar..187..374H/abstract | doi = 10.1016/j.icarus.2006.09.026}}</ref>。

=== 到達の難しさ ===
地球から水星に到達するためには、技術的に高いハードルが有る。水星の公転軌道は、地球の公転軌道と比べて平均で3倍も太陽に近いため、地球から打ち上げた宇宙機を水星の重力に捕捉させるためには、太陽の重力井戸を 9100万 km 以上も降りなくてはならない。単純に、[[ホーマン遷移軌道]]によって遷移するとしても、[[ΔV]]が他の惑星探査よりも大きい<ref name="DunneCh4">{{cite book|title=The Voyage of Mariner&nbsp;10 — Mission to Venus and Mercury|author=Dunne, J. A. and Burgess, E.|chapterurl=http://history.nasa.gov/SP-424/ch4.htm|publisher=NASA History Office|year=1978|chapter=Chapter Four|url=http://history.nasa.gov/SP-424/| accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。さらに、水星は太陽系の中では小さな惑星であり、その重力は地球よりも弱く、重力圏も小さい。加えて、水星への着陸や、安定な水星周回軌道への投入を実現するためには、水星に充分な密度の大気が存在しないため空力ブレーキを使えず、宇宙機のエンジンに頼らざるを得ない。なお、単純に力学的な比較として、水星への旅で必要なΔVは太陽系脱出速度のためのそれより大きい。これらが、水星探査機の実現回数が少ない理由である<ref>[http://solarsystem.jpl.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Mercury&Display=OverviewLong Mercury] NASA Jet Propulsion Laboratory. May 5, 2008. Retrieved 2008-05-29.</ref>。{{要出典範囲|[[時間]]を別とすれば地球から水星にいくのは地球から[[海王星]]にいくよりも難しいと言われている。|date=2024年8月}}

=== 探査 ===
[[File:Mariner10.gif|thumb|200px|right|水星探査機マリナー10号]]
[[File:Drawing back side-spacecraft MESSENGER-fr.png|thumb|200px|right|探査機メッセンジャー]]
{{main|水星探査}}

水星に向けられた初の探査機は、1973年に打ち上げた[[アメリカ航空宇宙局]] (NASA) の[[マリナー10号]]であった<ref name="Dunne" />。同機は1974年から1975年にかけて3回にわたって水星に接近。写真撮影や表面温度の観測を行い、惑星表面の特徴的な地形を数多く知らしめた<ref name="DunneCh4" /><ref>{{cite web | month=October | year=1976 | first=Tony | last=Phillips | url=http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/20oct_transitofmercury.html | title=NASA 2006 Transit of Mercury | work=SP-423 Atlas of Mercury | publisher=NASA | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。しかし探査可能時間が短いことから惑星の夜の部分は撮影ができず、情報は全球の45%以下に止まった<ref name="USATMessenger">{{cite news|url=http://www.usatoday.com/tech/news/2004-08-16-mercury-may-shrink_x.htm|title=MESSENGER to test theory of shrinking Mercury|publisher=USA Today|author=Tariq Malik|date=August 16, 2004 | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。

2004年8月3日、アメリカ航空宇宙局の[[メッセンジャー (探査機)|メッセンジャー]] が打ち上げられ、地球、金星を[[スイングバイ]]（フライバイ）しながら水星へ向かって航行し<ref>{{cite web|year=2005|url = http://www.spaceref.com/news/viewsr.html?pid=18956| title = MESSENGER Engine Burn Puts Spacecraft on Track for Venus|publisher = SpaceRef.com | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>、2008年1月には水星での最初のスイングバイを行った<ref name="MessCountdown">{{cite web|url= http://messenger.jhuapl.edu/gallery/sciencePhotos/image.php?gallery_id=2&image_id=115|title= Countdown to MESSENGER's Closest Approach with Mercury|date= January 14, 2008 | publisher= Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。2011年3月18日に水星の周回軌道に入った。その結果、クレーターの縁や中心に穴があること、太陽系の内側には水が、ほぼ存在しなかったこと、南北の磁場が非対称なので、水星内部には薄い液体核しかないことが推測できるという<ref>「Newton 2011年9月号」ニュートンプレス</ref>。2015年5月1日に水星表面に落下してそのミッションを終了した。

==== 航行中 ====
{{See also|ベピ・コロンボ}}
[[ベピ・コロンボ]]は[[宇宙航空研究開発機構]]（JAXA）と[[欧州宇宙機関]]（ESA）が共同で打ち上げ、ミッション遂行中の探査機である<ref name="ESAColumboGoAhead">{{cite web | title=ESA gives go-ahead to build BepiColombo | date=February 26, 2007 | publisher=[[European Space Agency]] | url=http://www.esa.int/esaSC/SEMC8XBE8YE_index_0.html | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。これは2機編成で<ref name=Miya71 />、長楕円軌道には「水星磁気圏探査機（MMO: Mercury Magnetospheric Orbiter）」を、低軌道には「水星表面探査機（MPO: Mercury Planetary Orbiter）」を化学燃料ロケットで投入し、水星公転の数年に相当する期間をかけて探査を行う予定である<ref name="ESAColumboGoAhead" />。MPOは、メッセンジャーと同じく分光計を積載し、赤外線、紫外線、X線など複数の波長で惑星の調査を行う<ref>{{cite web | title=Objectives | publisher=European Space Agency | url=http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=31350 | date=February 21, 2006 | accessdate=2011-03-19|language=英語}}</ref>。当初は2013年には打ち上げられる予定であったが、ESAの開発遅れからスケジュールがたびたび延期されている。2014年時点では、2016年7月に打ち上げ、2024年に水星の周回軌道に入って観測をする計画であった<ref>{{Cite web|和書| title=最新スケジュール | publisher=JAXA | url=https://www.stp.isas.jaxa.jp/mercury/index-j.html | date=2014-4 | accessdate=2015-03-19}}</ref>が、2016年11月には2018年10月に打ち上げを延期し、水星到着が2025年12月になることがESAから発表された<ref>{{Cite news|url=http://moonstation.jp/blog/planetaryexp/bepi-colombo/launch-of-bepi-colombo-postponed-to-oct-2018 |title=水星探査機ベピ・コロンボ、打ち上げが2018年10月に延期に |newspaper=月探査情報ステーション |date=2016-12-13 |accessdate=2017-02-19}}</ref>。最終的に、2018年10月19日に[[ギアナ宇宙センター]]から打ち上げられている。

== 人類との関係 ==
=== 惑星記号 ===
[[File:Mercury symbol.svg|class=skin-invert-image|100px|right]]

ヘルメスの伝令杖「[[ケリュケイオン]]」（ラテン語でカドゥケウス、二匹の蛇の絡んだ杖）は、現在は商売、交通などの[[天文学のシンボル|シンボル]]として用いられているが、[[占星術]]・[[天文学]]では古くから、これを図案化したものが水星の記号（☿）として用いられる。[[錬金術]]では7種類の金属が惑星によって象徴され、ヘルメス／[[メルクリウス]]は[[水銀]]と関連付けられたため、水星の惑星記号が水銀の記号として使われた。

=== 占星術 ===
水星は[[七曜]]・[[九曜]]のひとつで、[[10大天体]]のひとつである。[[西洋占星術]]では[[双児宮]]（[[ふたご座]]）と[[処女宮]]（[[おとめ座]]）の[[守護惑星]]であり、10大天体では唯一、吉星（ベネフィック）と凶星（マレフィック）のどちらでもない中立な惑星とされる。ひとつの星座に約2週間から長くて1ヶ月ほど滞在し、対人運や勉強運、仕事運などを占う際に重要なヒントを与えてくれるとされ、象徴するキーワードは「知性」「好奇心」「言語に関する能力」「学習能力」「技術」「情報通信」「素早さ」「商才」「飽きっぽさ」「詐欺」などで、象徴する人物は「兄弟姉妹」「商人」「少年」「年下の人物」「知識人」などがある<ref>まーさ『一番わかりやすい はじめての西洋占星術』日本文芸社、2024年、52頁。ISBN 978-4-537-22215-9</ref><ref>[[ルネ・ヴァン・ダール・ワタナベ|ルネ・ヴァン・ダール研究所]]『CD-ROM付き いちばんやさしい西洋占星術入門』ナツメ社、2018年、44頁。ISBN 978-4-8163-6418-1</ref>。

=== 関連作品 ===
{{main|[[地球以外の実在天体を扱った事物]]<!--各種作品についてはこちらにお願いします-->}}

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
=== 注釈 ===
{{Notelist}}

=== 出典 ===
<!-- 文献参照ページ -->
{{Reflist|25em|refs=
<ref name="factsheet">{{cite web|last=Williams|first=David R.|url=http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/mercuryfact.html|title=Mercury Fact Sheet|publisher=[[アメリカ航空宇宙局|NASA]]|date=2018-09-27|accessdate=2020-03-08}}</ref>

<ref name="astroarts20070509">{{Cite web|和書
  |url=https://www.astroarts.co.jp/news/2007/05/09mercury_core/index-j.shtml
  |website= AstroArts
  |title=水星の内部は液体だった-30年来の謎、解明へ
  |date=2007-05-09|accessdate=2019-04-24}}</ref>

<ref name="GenovaGoossens2019">{{cite journal
  |last1=Genova|first1=Antonio|last2=Goossens|first2=Sander|last3=Mazarico|first3=Erwan|last4=Lemoine|first4=Frank G.
  |last5=Neumann|first5=Gregory A.|last6=Kuang|first6=Weijia|last7=Sabaka|first7=Terence J.|last8=Hauck|first8=Steven A.
  |last9=Smith|first9=David E.|last10=Solomon|first10=Sean C.|last11=Zuber|first11=Maria T.
  |title=Geodetic Evidence That Mercury Has A Solid Inner Core
  |journal=Geophysical Research Letters|year=2019|issn=0094-8276|doi=10.1029/2018GL081135}}</ref>

<ref name="astroarts20190424">{{Cite web|和書
  |title=水星の一番内部に存在する大きな固体核
  |url=https://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/10604_mercury
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<ref name="Kameda2021">{{Cite book | 和書
  | author=亀田真吾 | editor1=井田茂 | editor1-link=井田茂 | editor2=渡部潤一 | editor2-link=渡部潤一 | editor3=佐々木晶
  | date=2021-08-25
  | chapter=2.3 水星 | title=9 太陽系と惑星 | series=シリーズ現代の天文学 | publisher=[[日本評論社]] | pages=41-45 | isbn=978-4-535-60761-3}}</ref>
}}

== 参考文献 ==
<!-- 実際に参考にした文献一覧（本文中の追加した情報の後に脚注を導入し文献参照ページを示して、実際に参考にした出典を列挙して下さい。） -->
* {{Cite book | 和書 | author=宮本英昭、平田成、杉田精司、橘省吾 | title=惑星地質学 | publisher=[[東京大学出版会]] | year=2008 |isbn=978-4-13-062713-9|pages=63-72|ref=宮本ら2008}}
* {{Cite book|和書|author=松井孝典|authorlink=松井孝典|year=1996|title=惑星科学入門|publisher=[[講談社]]|edition=第一刷|isbn=4-06-159222-X|ref=松井『惑星』}}
* {{Cite book|和書|author=編集長:水谷仁|coauthors= |year=2009|title=[[ニュートン (雑誌)|ニュートン]]別冊 太陽と惑星 改訂版|publisher=[[ニュートンプレス]] |isbn=978-4-315-51859-7|ref=ニュートン(別2009)}}

== 関連項目 ==
<!-- 関連するウィキリンク、ウィキ間リンク -->
{{Sisterlinks|commons=Mercury_(planet)|commonscat=Mercury_(planet)|d=Q308}}
* [[水星の衛星]] - 1974年の水星観測データに、水星の衛星の存在を示唆するものが現れたが、後の調査で否定されている。
* [[NWA 7325]] - 水星起源の可能性がある[[隕石]]。

== 外部リンク ==
* {{Wayback|url=https://rika-net.com/contents/cp0320a/contents/taiyoukei/suisei_1/index.html |title=理科ねっとわーく 太陽系図鑑（水星） |date=20200616051105}}
* [https://www.kahaku.go.jp/exhibitions/vm/resource/tenmon/space/mercury_venus/mrcvns00.html 国立科学博物館 宇宙の質問箱（水星・金星）]
* [https://www.cgh.ed.jp/TNPJP/nineplanets/mercury.html ザ・ナインプラネッツ 日本語版（水星）]
* [https://nineplanets.org/mercury/ The Nine Planets Mercury Facts] - ザ・ナインプラネッツ 原語版（水星）{{En icon}}
* {{Kotobank}}
* [https://history.nasa.gov/SP-423/sp423.htm Atlas of Mercury—NASA]
* [https://planetarynames.wr.usgs.gov/?System=Mercury Gazeteer of Planetary Nomenclature - Mercury (USGS)]
* [http://solarviews.com/eng/mercury.htm SolarViews.com—Mercury]
* [http://www.astronomycast.com/astronomy/episode-49-mercury/ Astronomy Cast: Mercury]
* [https://www.geody.com/?world=mercury Geody Mercury] World's search engine that supports [[NASA World Wind]], [[Celestia]], and other applications.
* [https://www.messenger-education.org/Interactives/ANIMATIONS/Day_On_Mercury/day_on_mercury_full.html A Day On Mercury] flash animation
* [http://www.psrd.hawaii.edu/Archive/Archive-Mercury.html Mercury articles in Planetary Science Research Discoveries]
* [https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/BepiColombo_overview2 ‘BepiColombo', ESA's Mercury Mission]
* [https://messenger.jhuapl.edu/ ‘Messenger', NASA's Mercury Mission]

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