水星是距离太阳最近的行星,与地球形成鲜明对比,水的体积比地球小很多,但在重力压缩下,它的密度比地球大,水星上几乎没有大气层或海洋,它的大部分表面都非常古老,水星的自转速度极慢,每转两圈才完成三圈。
水星的许多特征归因于它的小体积和靠近太阳,为什么水星比金星和离它最近的地球小得多,这个问题还没有答案,第一个可能的原因是太阳星云形成水星的部分相对较薄(星云内缘的物质流入太阳),遗憾的是,即使借助现代天文望远镜的便利,我们也无法看清其他原行星盘的内部情况,只能猜测,第二个可能的原因是,太阳星云中有足够的物质在水星目前的位置形成一颗巨行星,但星子和行星胚胎的生长速度不够快,离太阳这么近的天体会旋转得很快,所以它们的碰撞速度也很快,但是很多碰撞会导致侵蚀而不是生长,从而阻碍水星的生长。
第三个可能的原因是,也许水星是在其他地方形成的,它的成分看起来很像顽固的球粒陨石,来自内侧小行星带,如果水星像火星一样,是在离太阳更远的地方形成的,只是后来才移动到现在的位置,那么它体积小的原因就说得通了。
重力收缩使水星成为所有行星中密度最大的,一个显而易见的原因是,它有一个与其大小相当的内核,以及一层比其他类地行星更薄的地幔岩石,信使水探测器于年3月到达水星轨道,它收集的数据证实了这一解释,这些数据表明,水星的地壳和地幔岩石加起来只有公里厚,而它们下面的内核半径为公里。
科学家曾经认为水星的地幔如此薄是因为太阳的高温导致水星上层圈的物质蒸发到太空中,蒸发改变了水银的成分,一开始蒸发掉了钠、钾等一些挥发性元素,最后留下了镁、铝等一些难熔元素,然而,水星的大气层非常稀薄,含有大量的钠和钾,大气不断流入太空,于是从水星表面的岩石中逃逸出来的原子进入了大气,因此,这些岩石仍然含有大量的钠和钾,信使号最终确认水星表面的岩石中含有大量的挥发性元素,甚至是硫,这令人惊讶,因此,排除了汞的高密度是由于太阳加热的可能性。
水星在行星中是一个特殊的存在,它的日和年形成一个简单的固定比例,从空间中的一个固定点看,水星自转三次与自转两次所需的时间相同,而这个比例是由于太阳的引力摄动,当水星最初形成时,它可以像地球一样快速旋转,由于太阳的引力,水星面向太阳的一面向外凸出,当它旋转时,潮汐隆起慢慢向太阳移动,太阳的引力不断拉动凸起,从而减缓了水星的自转速度,如果水星的轨道曾经是圆形的,这种效应最终会导致它的一面总是朝向太阳,就像月球的一面总是朝向地球一样,但实际上水星的轨道很长,造成了我们今天看到的更复杂的情况。