第5章 第四章
水星
离开最近的月球后，我们要航行千百万千米才能到达接下来要探索的世界。
我们之所以首先研究地球的卫星，是因为它距离地球最近，可以在某些特殊的可见度条件下对其进行研究，而太阳系中的其他天体，不管是远是近，是大是小，都不具备相似的便利条件，只有在光学仪器下，这些明亮的光点才会显示出大小和形貌。既然地球不再具备优势地位，那么是时候放弃“从地球出发逐步描述所邂逅的行星”这一方法了；从太阳系的中心天体——太阳出发，由近到远逐一造访每一颗行星，这种方式更符合逻辑。各大行星与太阳之间的距离远近不同，由此导致了各种各样的结果。既然太阳在很大程度上应为之负责，沿着以它为起点这一顺序，我们将更容易比较行星的运动及其地表的主要特殊条件。
因此，水星将是第一个满足我们好奇心的星球。确实，在我们所知的所有行星之中，水星距离太阳最近。对于天文学家而言，这种邻近不过是研究的又一个障碍。由于这一极近距离作梗，很久以来水星都不为人所知，被发现后也是鲜为人知，特别是它的能见度时间很短，间隔时间却相当长，更增添了水星的神秘感；直至今日，尽管水星距离太阳极近，我们对它的认知依旧相当有限。
水星的轨道及其运动
轨道偏心率极大的水星的近日点距离为4600万千米，远日点距离为7000万千米，平均距离为57 850 000千米(1)。
地球上的我们看到的半明半暗的水星绕太阳转动，并呈现出不同的相位。
水星轨道与地球轨道之间的关系。由于水星轨道的偏心率，地球上的人可以看到，在距角范围内的水星以不同的角度与太阳分离。 orbite de Mercure：水星轨道 Aph é lie：远日点 P é rih élie：近日点 orbite de la Terre：地球轨道
如图所示，站在遥远的地球上，我们可以将水星的整个公转轨道尽收眼底。假如将水星的环绕轨道以某种方式有形化，我们瞧见的会是一个拉长的纺锤形；由于运动，水星在经过的每个位置上呈现出不同的水相，并交替从太阳的一头运转到另一头，仿佛在做永恒的摆动。然而这种景象并不是一成不变的，水星的公转轨道与地球公转轨道面之间有一个7度的倾角。当地球与水星相对于双方轨道平面的交叉点排成一列时，水星在太空中的运动轨迹为一条直线，当它与太阳和地球擦肩而过时，恰好横在太阳前面。上述三个天体的组合运动构成了“水星凌日”现象，每一周期的时间间隔为13年，7年，10年，3年，10年，3年。
水星在太阳的每一侧高速往返。二者之间的邻近关系不仅使水星的轨道路线很短，还使它的公转速度非常快，88天就能绕太阳一周，这就是水星上的一年。然而从地球上看去，水星完整绕太阳一周需要的时间更长。确实如此，沿同一方向运动时，由于水星的速度比地球的速度快得多，水星平均116天与地球会合一次。例如，当水星位于太阳以东的最大离角或距角(2)时，人们在日落时分能观察到它的身影。从此刻开始，水星接近太阳的速度似乎越来越快，在后者的光芒下很快消失，清晨时分它在太阳以西的最大距角重新现身，平均用时44天。随后，人们将会看到水星从这一点再次向太阳靠拢，从太阳背后绕回初始位置，如此循环往复。
太阳附近的水星被天光所遮蔽（水星在十字处）。
水星的视运动以及连续相位图示：左图为傍晚的天空，右图为清晨的天空。
在我们眼中，这仿佛是一场飞快的捉迷藏游戏，因为水星只有足够远离太阳的光辉才易被人类发现，即只有在位于“距角”的短暂时期才能被看见。通常而言，水星的能见度开始于东大距(3)10~17天前，结束于东大距6~7天后；水星在太阳以西时的能见度期限与在太阳以东时相同，只是可观测的时机相反，一个在早上一个在傍晚，因此我们只能在凌晨或黄昏的曙暮光中看见水星。在任一情况下，当水星位于天空中最有利于观察的位置时，尾随太阳或在前领跑的水星至多有2小时15分的时间可以被我们看到。也就是说，对于简单的视觉而言，当人们可以观察到这个耀眼的天体时，它总是相当靠近地平线。当它升到更高点时，这固然满足了天文学家为获得最佳观察质量而要求的条件，但同时太阳也高居天空正中，水星被湮没在被照亮的地球大气的云山雾海里，只有用精确瞄准的天文仪器才能发现它。
现在我们理解了为什么在其同类天体被发现之后，水星方才被辨别出来。另外，由于水星时而出现在傍晚，时而出现在清晨，早期的天文学家认为这是两个天体，然而精通天空科学的古埃及祭司马上认识到它们其实是同一颗。关于它的视运动我们在上文有所解释。
水星在太阳两侧的高速往返必然导致它的能见度时间十分有限，而每次出现在天上的位置使其成为太阳系所有肉眼可见的星球中最不容易被观察的一颗。这一点也解释了为何哥白尼在临终时叹惋一生从未见过水星：哥白尼时代的环境使水星在出现的时候总是被地平线上的昏暗雾气或不合时宜的积云所遮蔽……对天体尤其是水星的观测着实是对耐心的磨炼。
日落时分，水星追随太阳的路线，坠向水平线。
人类终于以肉眼看到在最后几缕暮光之上如恒星般闪亮的水星。
(1) 现测定水星的平均距日距离为57 910 000千米。
(2) 距角指从地球上观察时，行星和太阳间分离的角度。当位于太阳和地球之间的行星（内侧行星）在日落后被观测到，则接近东大距；当内侧行星在日出前被观测到，则接近西大距。
(3) 大距是指地内行星（水星和金星）从地球上看上去离太阳最远的一点。东大距指从地球上看距离太阳最远时水星或金星在太阳东边。大距前后观测地内行星最好。
水星的体积和要素
对于我们刚刚指出的关于水星能见度的问题，还有另一个因素在雪上加霜，那便是水星的微小体积，这使人类对水星的研究更加棘手。确实，我们现在关注的这颗星球是太阳系九大行星中体积最小的一颗，它的直径只有4800千米(1)。比起地球来，水星的体积与月球更接近，因为地球的体积是水星体积的20倍。从另一个角度而言，水星总表面积是地球陆地表面积的1/2。
然而，从比例而言，这颗渺小的星球却是太阳系中最重的天体。水星的物质密度比地球的物质密度还要高：以水的密度为单位1，水星密度将近6.2，而地球的密度为5.5(2)。已知水星的直径和密度，人们可以计算出水星的表面重力是我们在地球上所承受的2/5。在水星上，我们的1千克可能只显示出400克的重量；一个人即使没有享受过在月球上的轻盈感，在水星上也会明显体验到这种感觉，同时，由于人的力量加倍，在地球上费力才能稍微抬起的重物，在水星上却能轻轻松松举起。
地球、月球与水星之间的直径比较 Terre：地球 Mercure：水星 Lune：月球
我们在这里只是纯粹做个比较，因为人类永远不可能体验到水星上的现场环境。此外，即使人类到了水星，也很有可能无法在水星的表面环境里坚持下去，特别是由于本身的自转，它的环境更加恶化了。关于这一点，之后我们会更加详细地讲述。
关于水星自转问题的分歧存在了相当长的时间，在此我们有必要介绍一二。
任何行星的自转都是通过人类发现的其表面各种高低不平的斑点的位移才得以被凸显。我们会更深入地研究水星上显现出来的外貌，但解释这一外貌需要的清晰观察却面临着种种困难：水星的渺小、与地球之间的遥远距离，特别是观察水星的不利条件。目前，我们仅能列出对于观察到的不同外貌的研究结果。
上个世纪初，德国天文学家施罗特在对水星、金星进行长期研究后宣称，水星的自转周期为24小时0分50秒，也就是说几乎与地球的自转周期相同。很长时间以来，这一数字被公认为真理，以至于在许多相对现代的天文学论文中仍然有所提及。
1891年，戏剧性的变化发生了。当时最优秀的天文观察者之一、曾揭露奇特而神秘的火星构造的斯基亚帕雷利带来了关于水星的新发现。经过细致的研究，这位著名的意大利天文学家宣布，与施罗特及其拥趸的结论不同，他的研究表明，水星的自转运动非常慢，完整的自转周期与其公转周期一样长，因此这颗行星以同一面朝向太阳，如同我们眼中的月球以同一面面对地球。
斯基亚帕雷利的发现并未马上赢得一致赞同，许多施罗特的拥护者还在抵抗，但随着大部分现代天文观察者对此进行检验，水星自转速度缓慢这一观点最终得到了公认。
产生分歧的原因很简单：观察水星遇到的困难非常棘手。在大部分时间里，水星的细节外貌并不引人注目，甚至在人类的目力极限之外。椭圆形的轨道导致水星在移动时速度变化巨大，而与此同时，自转速度却保持不变。不过，如果人们回顾上一章对月球及其天平动的解释，便可想象到这一机制同样适用于水星。然而，由于水星的轨道速度，这颗天体的天平动效果表现得非常迅速，同时远比月球的天平动明显。在水星朝向太阳的那一面的边界两侧，有23.7经度的摆动交替发生，这些区域轮流接收到光照。这一明显移动以及同期——例如东大距时的夜晚——进行的一系列观察使水星上的斑点看上去分别占据相位明暗界线处的不同位置。因此，观察者将面对水星自转所产生的后果：它将同一斑点带回原地，相对于观察者基于的地球有一定偏移。事实上，如果地球大气层纯净到足以使人在白天分辨出水星，人们就可以连续几小时追踪它的身影（同观察其他行星一样，只是后者的观察是在晚上进行的），并因此认识到水星表面显露的斑点并未展现出任何可感知的位移。在如此长时间的观察里，水星表现得就像月球一般，不管水相如何，水星的轮廓总是保持不变。在这一点上，水星的运动在我们眼中与其他大多数行星截然不同，通过其在旋转运动影响下呈现出的连续外貌，人们很容易判断水星自转速度的快慢。
如此看来，水星的行为毫无疑问与太阳有关。我们在这里将提出的依据是水星的自转周期与公转周期一样长，均为88天(3)；这一情况产生了许多非常重要的特殊后果。
从另一方面而言，还未被确切阐明的便是水星自转轴与其轨道平面的倾斜角这一问题了。过去，根据施罗特的观察，人们认为该自转轴非常倾斜。在其时代所能允许的细致的研究过程中，施罗特以看起来环绕着的阴暗带状外形为依托——将这一阴暗地带看作类似赤道带的结构。人们在翻译他的论文时却犯了一个错误，误将“该阴暗地带的倾斜角”译为“自转轴的倾斜角（70度）”。这是一个几乎横卧的方向，可能会导致极端夸张的季节性环境，但事实上，自转轴的倾斜角只有20度，这决定了水星接受太阳照耀的幅度不如地球。
同水星之前的自转周期一样，这一数值似乎也不是最终定论。对水星表面斑点的研究表明，在水星年中它们的位置没有显示出任何缘自自转轴倾角的明显变化；无论如何，水星自转轴的倾角都不会超过10度(4)。对于测定这样一个渺小的行星图像而言，观察以及精确测量的可能性都是需要克服的严重障碍。
施罗特观察到的水星的两种外貌
无论如何，季节变化严格说来对水星并没有什么重要性；正如我们将看到的那样，季节变化产生的影响在任何情况下都远远不及距日距离产生的影响（水星轨道的偏心率造成了距日距离的不均等）。
(1) 水星半径2440千米，可算得直径4880千米。（NASA）
(2) 水星的平均密度现测定为5.427克/立方厘米，地球的平均密度现测定为5.513克/立方厘米。
(3) 水星的自转周期的确很慢，但现测定其自转周期为58.65天，而非88天。
(4) 现测定水星的自转轴倾角接近0度，这极小的自转轴倾角使得水星上几乎没有四季和昼夜长短的变化。
水星的外貌
上文对解释水星运动的发展历程的描述对于更好描述此处看到的环境是非常必要的。
在适合观察的短暂时间里，水星展示出不同的外貌。确实，水星的运动使得它与地球之间的距离不断变化。回看本章第一幅凸显水星光照相位机制的插图，我们将察觉到，水星在轨道上或近或远的位置使得水星视直径的变化与我们眼中的这些太空中的水相相符。
当我们看到的水星如同满月前后的月亮、几乎从正面被照亮时，它非常遥远，相对于地球位于太阳的背面；而当我们看到的水星呈月牙状时，它相对位于地球附近，距离我们最近时恰从地球与太阳之间穿过。考虑到与这两个行星轨道关系相关的条件，水地之间的距离变化就像水星的视直径在4.7角秒~12.9角秒之间摆动一样。这些数字如果表示在2到3倍之间变化的视直径的大小，从天体观察的角度而言，强调它们所对应的东西并不是没有意义的。此外，对于不熟悉观察天空的人而言，这里还存在一个应深入理解的问题：物体或行星圆盘的视直径用角度值来表示，角度值以度、角分、角秒或角秒的十分制小数为单位。肉眼观察到的太阳和月球不管真实比例如何，由于二者距地距离差异悬殊，在人类眼中都平均张了半度多的角，确切地说，太阳的视直径为32角分2角秒，月球的视直径为31角分7角秒。各大行星呈现出的圆盘都非常小，一般均不足1角分，于是人类用角秒来表示它们的视直径。如果我们以角秒为单位，太阳和月球的平均视直径将不再是上面这两个数字，前者的平均视直径为1922角秒，后者为1867角秒。如此一来，人们会认识到，视直径只有5角秒的水星圆盘是多么渺小。当水星离我们更近时，我们会看到一个8角秒~9角秒的月牙状水星；当水星处在太阳与地球之间时，这颗暗下来的星球的视直径达到最大值12角秒9。
左图为水星在东大距时的外貌特征（傍晚），右图为水星在西大距时的外貌特征（早晨）。
水星视直径的变化比例
对水星可见表面的研究相当于观察一个比肉眼中的月球小250倍的图像。我们有必要稍微展开这一问题，以便更好地理解行星显现出来的大小以及对它们详尽研究的可深入性。
水星被形容为“刺头”是非常合理的，它不仅吝惜于让人看到，而且在现身的那段时间里至多展露了笼统的特征，而非更精确、更宝贵的细节。然而，这些通过耐心积累得来的知识加上现代科学物理方法提供的数据与比较却使我们能够了解水星的性质，并估计它与地球之间的不同。
水星的表面
在太阳系的所有成员中，水星是人们最晚应用望远镜来观察其物理特征的行星。它的渺小使人难以从远景中发现它的细节，早期观察至多能让人认出它所展现出来的相位。为了看清它的相位，人们甚至不得不等待光学仪器的质量得到改善。直到接近本世纪，人们才开始收集到真正翔实的资料。我们之前已经提到了施罗特的工作，他与哈丁合作发现了水星球体呈现出的某些凹凸不平的现象。之后，除了19世纪不同时期的观察者们隐约瞥见的模糊斑点，人们对这颗星球的其他特点一无所知，它的渺小似乎已经将试图穿透秘密的努力拒之门外。简而言之，水星被忽视了很久。
斯基亚帕雷利和丹宁这两位天文学家自1881年起清楚地认识到了水星的主要特征，而我们提供的细节来自这之后更加坚持不懈的研究。
我们可以清楚地在能够观察到的整体为相当明显的黄色色调的水星表面看到一些明暗度不一的灰色斑点；而其他局部区域尽管看起来不是白色的，也相当明亮。由于尺寸微小，对这些细节的观察需要尽可能完美的望远镜图像，而这一条件很难实现。为了保证研究的有效性，研究水星最好是当其位于高空时，而水星总是在位于地平线附近时才能被肉眼看到，当水星在太阳近旁时，地球大气层的灿烂“面纱”是我们必须跨越的障碍。
在地平线附近的水星看起来非常模糊。
斯基亚帕雷利绘制的水星平面球形图EST：东；SUD：南；WEST：西；NORD：北
无论如何，当这些斑点清晰可见时，人们就会发现它们的布局总是一成不变，正如我们已经看到的那样，水星总是以同一面朝向太阳；同样，布局的持久性证明了这些斑点是水星表面固有物的迹象，代表了水星表面特性或构造的多样性。由于斑点复杂微妙，不同观察者绘制的图像并不总是一模一样的，但这些个人化的不同阐释均透露了斑点的各自位置或规模。不过请注意，某些图，尤其是根据斯基亚帕雷利的早期观察研究绘制的水星概貌地图，描绘出来的是一些纵横交错的细瘦的黑暗条痕，但在大部分现代绘图上，这些斑点则被绘制得更加宽大，有些边缘甚至变成了圆形，赋予了它们灰色海滩的外形，让人不禁想起月球上的地形。
我们应该将这些外观归因于何呢？如果从联想的角度出发，坚持基于概貌比较的解释，这幅画会让人想到海洋、海峡以及陆地的地理分布（正如早期天文学家对月球以及后来的各种行星所做的那样）。而当我们研究了水星的特有环境后，才发觉上述联想的不可能性。
从逻辑上来说，唯一可能被明确提出的观点便是，这颗行星地面的不同部分存在本质上的差异。对一些应该是由非常黑暗的物质构成的区域，我们无法察觉它们的结构或边界特点，在我们眼中，这些特点汇聚成被我们看见的斑点整体。就我们的判断而言，由这些笼统的特点可以联想到月海，二者即使不是一模一样，至少也很相似。
根据鲁达乌斯的发现绘制出的水星平面球形图Sud：南；Nord：北
此外，其他一些事实也支持在水星与月球之间做比较。我们把任一表面的反射能力称为反照率，即照亮这一表面的光量与该表面反射到我们眼中的光量之间存在的关系。换句话说，如果我们将某一表面接收到的光照表示为单位1，测量结果表明，被反射出去的光量在强度上减少了一半，因此该表面的反照率为0.5。例如，白垩(1)的反照率为0.82，雪的反照率为0.78。反照率更低的物体或物质如下：石灰，0.33；白色砂岩，0.3；维苏威火山灰，0.14；石灰石，0.1；火山岩，0.03~0.1。尽管表面光辉明亮，月球和水星本质上却是暗淡的，它们的地表仅反射了很少一部分太阳光线：据估计，月球的反照率为0.1，水星的反照率为0.09。我们不是在暗示这两颗星球本质上完全相同，由于二者构成物质的密度不同，这种完全相同也不可能存在，但至少二者之间存在一种表面的相似性。鉴于月球地面展现在我们眼中的外貌，将它与石灰石与火山岩的反射力进行比较是必不可少的。尽管不同物质可能拥有几近相同的反照率，但我们认为表面非常相似的水星与月球拥有几乎一样的反照率并不完全是偶然现象。
比较水星与月球的图像（左2张为水星，右2张为月球），用缩小摄影拍的月球图像与放大后的水星大小和清晰度相同。
要说明水星的外貌使人联想到月貌，自然要把一切事物归复到其真实比例。之前我们强调过，与月球相比，水星的视直径非常小。视觉条件与发现精确细节的能力完全是两回事。在有关观察天空的章节里，我们已经讨论了物理定律以及环境固有的缺陷——它们影响了仪器图像的质量，致使其无法像直视得到的图像一样完美。根据所提供的水星视面积的相关数字，再基于一个简单的计算，我们固然可以断言，将水星图像放大250倍即可使它看起来像肉眼中的月亮一样大，却不能因此认为这两颗星球在人眼中是一样清晰的。如果观测月球的人的眼睛再敏锐一点，他就会发现除了整体图像以外的多种多样的细节或明暗变化，而将月牙状的水星图像放大到同样规模，画面就会显得模糊，细节没有那么丰富多样。另外，这一图像或多或少受到了大气扰动。
为了进行有效的比较，我们应颠倒一下，设法拍摄出与有缺陷的水星图像类似的月球图像。通过不精确对焦的缩小摄影，人们成功做到了这一点。在图像规模相同的情况下，我们发现水星和月球的外貌显示出惊人的相似性，并从中获得了非常有价值的信息。
从稍微清晰的早期观察开始，人们就注意到，水星相位的明暗界线有时会显得参差不齐，改变了星球光照几何边界的规律性。尤其当行星开始呈现为月牙形状时，施罗特在呈块状的行星边缘发现行星南半球的角变钝了，好像被截去了一段。那确实是一个很容易辨认的外观。施罗特总结，正如我们观察到的月球，水星也显示出其地表的崎岖不平。这让我们不由想到前面章节里的内容：相位边缘参差不齐的地形在其身后投下的阴影，阻止太阳光线到达它理论上能抵赴的极限；而在照明极限之外的顶峰却被照亮了。如此一来，从整体上看，相位边缘显露出一些或明或暗的蜿蜒线条。当水星也呈现出相同的外表时，人们会倾向于用刚刚明确过的原因来进行解释。这一结论至少来自视觉条件和规模上实际相仿的两个天体之间的比较研究。
对比夸张的月球摄影图像凸显了明暗界线参差不齐并且变暗的原因。
然而，限制是无法避免的。望远镜图像受衍射效应影响，后者放大了与其他区域相比最明亮的部分；与观察的图像尺寸相比，所得图像越小，量值基本恒定的衍射效应就越明显。同理可得照片上的鲜明反差。我们有必要重视这些针对边界或轮廓外貌的变形，因为虚假效应混入了真实之中，导致此处图像呈现出夸张的失真。
因此，有人将水星明暗界线的参差不齐或水相一角的变形解释为不同亮度区域之间的对比所造成的纯粹错觉，但我们能直接观察到的在特殊条件下被衍射改变的部分月貌证明了某些事实的存在，因此我们认为，水貌与月貌之间的相似不仅缘于扭曲的图像，也缘于规模相似的参差不齐。
因此，我们显然可以将平均落差3000~4000米的月球地形起伏的高度值用于水星地表不同区域的某些地形；至于水星上的灰色区域，我们也可以看作近似“月海”呈现出的外形或特点。
无论如何，这些地形都是相当险峻的山岳，或至少是一种平面不统一的结构。一连串高低不平的凹凸地面解释了水相明暗界线所呈现的亮度渐弱的外貌；亮度不足造成的模糊外貌使水星相位比理论上更加明显，例如，当水星看上去呈块状时，它的明暗界线理应是一条直线，却形成了一块明显的凹陷，以至于水星没有呈半月形，反而像月牙一样。我们依然需要大到足以看到细节但对比明显的月球图像作为联想性的论证。
水星上的山；这一对照图是根据施罗特的绘图（1800年3月31日）绘制的。
所有这些推论都是笼统性的，缺乏符合某一特定点的精确数据。根据发现，施罗特认为水星月牙南角的截断是高地的阴影造成的。根据该阴影的规模，他自以为得出了可信的结论：这一地形高出地表20千米。人们在他的复制图上还看到了更为巨大的凹凸地形，假设准确的话，它们对应的高度为50~100千米。所有这些数字都显得过分夸张，并且最终也没有任何证据能够证实它们。
即使不能直接观察到高地、山顶或落差作为核验，我们也不能轻率地否认这些地形的存在，因为我们想不通行星球体因何会像台球桌上的台球一样均匀平滑。行星上浮现出的色调不同的地理轮廓显然证明了该地表结构和布局的多样性；另外，在星球形成之时，至少其地壳的表面必然被改变或塑形了。继续与月球进行对照：光的偏振相位以及反照率解释了水星外貌的大轮廓，现在我们可以假设这两颗星球在多方面依旧存在其他共同特征，比如两颗星球上都没有水，即使在原始时期曾短暂存在，水的作用力也相当有限，无法有效地改变地表，因此该地表很可能保留住了原始的岩层特征，什么都没有磨平它的粗糙表面。我们就是秉承着这样的思想想象着水星的表面，直至有了新的进展。水星表面承载了太阳弥散的大量热流，看起来任何事物都不能有力削弱太阳辐射的炽热，这让我们开始思考水星周围的大气问题。
(1) 一种细微的碳酸钙沉积物。
水星大气
在开始从太阳表面通过的水星图像上，人们没有发现任何可归因于水星大气层的现象。
水星表面的贫瘠景观似乎沉浸在一种对人眼而言可以致盲的光线当中。
关于水星大气层的存在问题，人们的意见远远没有达成一致。根据水星经过太阳时显现出的某些外观，有意见认为，水星大气应该非常厚重。在许多观察者看来，水星的轮廓被一个巨大的灰色环状物包围着，而在其他类似的情况下，人们发现的却是一个规模不相上下的耀眼光环。如果我们企图用单一原因来解释这些事实，会很难调和它们的对立。相反，幻觉或光学现象很好地解释了太阳灼热表面前的黑色小圆盘周围的各种光晕；同时，在圆盘中心附近偶尔看到的奇怪亮点似乎也是出于同样的理由。此外，能够产生这种效果的大气层会赋予它在其他任何情况下都不曾显现的特殊外延和规模，而在没有任何明显可归因于大气层的结果的情况下，天文学家均认为水星周围并不存在大气层。
然而，在上世纪末，沃格尔和哈金斯从水星的光谱中发现了大气层的存在，该大气层内含有相当大比例的水汽，但随后是完全相反的意见：利用威尔逊山上强大的设备，亚当斯和邓纳姆未能发现以前被承认的痕迹。他们应该做出什么样的结论呢？最可靠的不过是水星表面并不存在数量可观的水汽。然而，尽管还有一些其他推论，这并不意味着水星周围就完全没有大气层。
水星的太阳光照情况一览。由于Z点附近的天平动，太阳位于所标方向内所有点的天顶之处。出于同样的原因，在AB直线两边的灰色区域交替被照亮或沉入黑夜。 P le：极；Equateur：赤道
各种视觉观察都揭示了一些特殊性，这些特殊性只能归因于悬浮在上空并遮住了部分地表的障碍物。我们只能用这一事实来解释为什么一些通常很明显的斑点有时似乎变浅了，或者为什么一些斑点不再能够被辨别出来。我们特意使用的“障碍物”一词看起来最适合不过，因为它没有预判这暂时“面纱”的质量或性质。然而，安东尼亚第却从这一角度提出了一个非常合理的假说：他将这些障碍看作细微到连稀薄的大气也能托起的尘埃。
因此，我们姑且认为水星周围存在密度极低的大气层，在其内部可能发生了一系列沧桑变迁。现在，我们想知道的是，水星大气层是否一直如此，还是这只是残留的痕迹——水星的质量太小，导致大气逐渐消散。无论如何，由于水星的引力相对较弱，它的大气层在高空变稀薄的速度可能比地球大气层快，看起来没有起到保护层的作用，因此水星天空之下的环境条件引起了我们的注意。
水星世界的物理环境
上文中的所有数据以及推论使得我们能够绘制水星世界的图表。
由于水星大气层的密度很低，没有雾气，它只能漫射很少的太阳光线，所以水星的天空是黑暗的。在黑色的苍穹之下，尖锐的景致被毫不留情的强烈光线照亮。太阳是一个直径巨大且会变化的光亮天体；由于轨道偏心率产生的距离改变使得太阳的视直径在远日点的68角分到近日点的104角分之间变化，它的平均值为83角分。根据这些尺寸，再对照从地球上看到的只有32角分的太阳视直径，人们可以推断出，太阳散发到水星上的光和热是地球上的4.5倍到10倍多。
水星在远日点和近日点处看到的太阳的视直径
毫无疑问，任何东西都无法有效过滤太阳辐射的这一可怕热度。由于水星自转速度缓慢，地表持续不断地暴露在阳光下接受辐射的炙烤。经过计算，在水星赤道及太阳在天顶的地区，温度最高可达400多摄氏度(1)，在这样的温度下，铅和锡也会熔化！随着辐射的入射角度越来越水平，这种极端环境会得到缓和，在天平动区域，交替的日升日落使严酷的环境变得温和。最后，沉浸在永恒夜晚中的广阔地区在理论上应该被剥夺了所有温度，也就是说，这里是绝对零度的空间。如果我们承认存在稀薄的大气，这一大气必然受环境截然相反的两个半球之间的持续交换运动左右。我们可以想象——地球大气的普遍循环为我们展示了这一机制——炎热地带的过热空气向上升起，召来严寒地带的冷空气贴近地面。热气流流向严寒地带，使地区升温。如此一来，水星表面终年都应吹着信风，信风从被太阳照亮的半球的外围出发，汇聚到该半球的中心区域。我们还必须承认，水星信风的规律性并不是没有变化的。天平动使得太阳给行星上的不同地点升温，这导致局部地区的温度明显失衡。无论如何，信风吹拂的方向似乎有所变化，这就解释了来自极度干燥地面的尘雾的形成。在这种情况下，人们甚至可以假设，强烈的风蚀作用不知疲倦地打磨着地表，雕琢出地形的起伏；但我们在讨论这些无法核实的事实、结果以及由此产生的岩相时务必十分谨慎，因为我们根本不知道水星地面的矿物质成分。
在这颗星球上，一头酷热难耐，另一头冰冷严寒，中间地带气温多变，人们不禁思考什么样的有机物才能在上面生存。我们不打算解决这一问题，即使是以假说的形式。我们列举的一切特征使得水星与地球之间没有半分做比较的可能。
此外，我们可以很好地想象水星人或水星上的地球移民眼中的天空景观，我们可以通过实验或计算来获得这一景观中的要素。
图（1）展示了水星赤道地区的光照条件。图（2）展示了对于上页图中AB直线而言太阳相对于地平线的摆动；Z处太阳在天顶两边摆动。 Zenith：天顶；Horizon:地平线
我们已经谈到日面无比巨大。它的状态让人难以忍受，水星大气层没有厚到足以减轻它的影响，因此除非之前提及的尘雾悬在当中，不然太阳在地平线上与在天顶上一样明亮，在水星上的日出日落时分不会出现曙暮光。然而，由于太阳圆盘硕大无比，它在水星光照极限之处形成了一片相当广阔的半影区域，区域里光线的强度逐渐变弱。我们还将注意到，所有物体的阴影不再清晰明显，其边缘变得非常模糊。
被太阳光照亮的水星边缘区域的景色
地球（上）和水星（下）上的阴影的清晰度不同。
在黑夜笼罩的地区，夜景毫无疑问是美妙的。不过，我们面临着两种选择来证明总是被忽略的水星大气层的存在。人们或者看到群星在深黑的夜空中闪耀出了全部强度，或者看到一道柔和的辉光在整片夜空中铺展开来——这涉及在地球上被称为黄道光的一种现象。在地球上看到的黄道光是指日落后或日出前超出地平线的一片亮光。它的主要形象近似一种拉长的光锥或纺锤，没有明显的边界，且随着高度增加会逐渐暗弱消逝；事实上，如果我们在大气层极为纯净的区域或空气更为明净的山顶上进行观测，就会发现黄道光的范围更广阔，这道微光轴勾勒出的痕迹仿佛一条横跨整个天空的光带。我们由此可以得出结论，黄道光包围了整个地球。尽管得知了这一点，人们还是未能确认这样一种现象的原因。视觉观察证明这一纺锤形辉光与黄道平面大致重合，更确切地说，与附近太阳的赤道平面相吻合，因此人们自然而然将其看作围绕太阳的透镜状的云团，这云团是日冕的延长部分；这个庞大的结构向外伸展，直至将地球包围在内。这一如此合理的解释似乎可以令人满意，但是通过现代物理手段对这亮光的研究揭露出的特质似乎不能证实该解释。现在，各种观点均倾向于认为黄道光是由地球附近的自由电子或稀薄气体分子造成的。
日冕黄道光猜想图示：黄道光被看作围绕太阳的透镜状云团，延伸到了地球轨道之外。 Terre：地球 Vénus：金星 Mercure：水星
这一现象引起了两个截然不同的猜想。对它的简短陈述对于我们现在要重新关注的水星天空景观是十分必要的，因为在水星上看这种以太阳为起点向外延伸的、仿佛是日冕外延的现象，会是一种独特的体验。确实，由于水星距离太阳更近，比起地球来，它会被这一结构更好地包围在内，其中的光辉也就更加强烈。绝对透明的稀薄水星大气没有减弱它的光芒，在地球上有时分辨不出的这模糊而神秘的光亮，在水星上看将是一个可观的光源，可能会将整个天空变得磷光闪闪。而在第二种猜想中，这样的景观不复存在，除非地球附近也产生了类似的效果。我们不能果断解答这一问题，也无法判断如果水星因为邻近太阳而获得了大量电流，是否会同地球一样发生电磁现象。
根据黄道光的方向，它已与围绕太阳的一种结构融为一体，并在黄道平面上延伸。 Plan de L’Ecliptique：黄道平面 Soleil：太阳 Horizon：地平线
在水星上看到的“黄道光”比在地球上看到的更亮更广。
在水星天空上看到的金星（上）、地球和月球的相对大小
我们可以确认的是，天体本身为水星提供的美妙图景，没有什么可以削弱它们的光辉。水星天空的星座与我们在地球上看到的一模一样，因为水星与我们之间的成千上万千米在广袤的太空面前显得微乎其微；从水星到地球，我们仿佛不曾有过位置变化，任何透视效果都不会改变远方星辰的相对位置。至于行星，情况就完全不同了。金星和地球是最美丽的行星，尤其是金星。相对于太阳，它们位于水星外侧，人们可以在水星天空背向太阳的地方发现它们的踪影。由于此时金星、地球分别与水星之间的相对距离不远，它们显得如此光辉耀眼，以至于我们在地球上竟找不到可以比拟的景观。金星看起来宽约70角秒，肉眼看上去就是一个小小的圆盘；地球的视直径只有金星的一半，旁边还有月球这一小点。
因此，在这颗没有卫星的星球上，总有一些时刻——组合运动使这两颗行星同时出现在水星天空中的时候，未被照亮的半球上的永恒之夜会被“金星光”和“地球光”联合驱散。
摄影：黄道光最明亮的部分（天文台）
水星上的夜晚。在被黄道光完全照亮的天空中，地球和金星格外明亮。
(1) 水星表面温度可高达430摄氏度，最低温度可低至-180摄氏度。（NASA）
水内行星假说
水星真的是距离太阳最近的行星吗？我们不能断然肯定(1)。由于各种各样的事件，水星的这一“特殊”位置总是时不时被质疑。要总结这一曾备受争议的问题，我们不能离开太阳的附近。
人们应站在直接观察和数学测定的立场上看待这一问题。在数学领域，通过计算发现海王星的勒维耶认为他可以胜任这一角色。确实，他通过对水星运动进行整体分析，发现计算出来的位置与观察到的方位之间每世纪都有细微的差异。在勒维耶看来，可以将这一被发现的异常解释为存在于水星和太阳之间的一颗或两颗行星所造成的干扰。这一假说还未有太多进展便已站不住脚，当今著名的爱因斯坦相对论解释了勒维耶发现的变化。让我们回顾一下勒维耶的假说。他本可以通过一种相对简单的发现来为自己的假说提供充分的证据：在某些时刻通过太阳表面的一个或几个天体。我们已经知晓在太阳附近分辨出水星的困难之处，因此距离太阳更近的天体更难被人发现，而一个投射在太阳表面的黑点则非常明显。另一方面，这一相当罕见的现象依然需要没有经验的天文学家全神贯注地投入观察，直到捕捉到恰当时机。最终，还是一位业余天文学家勒卡尔博尔于1859年3月28日（几个月后勒维耶提出了他的结论）有幸看到了一个非常圆的小黑点从太阳前面经过，历时1个半小时。
1929年1月15日，J.吉约姆在里昂天文台观测到的天体从太阳前经过。 Nord：北
如果存在水内行星，我们有可能在日全食时会看到它在闪耀，如同此图中的水星和金星。
勒维耶完全被这样的现象吸引住了，（很晚以后）开始分析他所能收集到的所有相似的天文发现。他共收集到50份资料，但只有分别发生于1802年、1819年、1839年、1849年、1850年和1861年的6次天文现象值得关注。勒维耶认为这些现象与水内行星有关，于是根据所提供的要素，计算出好几条可能的轨道。他略显过早地将这颗水内行星命名为“祝融星”(2)。在测算出来的各种轨道中，最可取的轨道需要该行星运动30天，非常倾斜于黄道平面，这也解释了它从太阳前经过的稀少性。如果人们承认这一轨道，就会认为祝融星将在1877年3月22日再次从太阳前经过。结果，全世界的天文学家都在期待这一凌日现象的发生，他们在3月22日当天仔细观察天空，但一无所获……
用虚线标出的小行星EA1和HA的轨道展现了小行星是如何运动到近日点、比地球更接近太阳的。 Soleil：太阳 Orbite de Vé nus：金星轨道 Orbite de Terre：地球轨道 Orbite de Mars：火星轨道 Orbite de EA1：EA1轨道 Orbite de HA：HA轨道
在后来的日子里，人们再次看到了一个黑色物体从神秘的通道掠过太阳。特别是1929年1月15日在里昂天文台，吉约姆先生在极为不利的条件下发现了同样的奇观。那天云层笼罩，只有一角青天短暂闪现。根据物体在两次短促观察间隙的位移，它经过太阳的速度看起来非常快。
水星从太阳前经过，衍射现象造成了水星黑盘上的白点和光晕。
现在，我们必须指出，在日全食期间试图找寻这一神秘的天体是徒劳的。众所周知，日全食发生时犹如一个短暂的夜晚——即使不是每一次，也很经常——被吞掉的太阳不再眩目，使人们能够看到紧邻太阳的闪闪发光的行星，但在这种情况下，人们只能观察到水星和金星。
因此，积极和消极的事实同时存在。一方面，在一些情况下，人们看到一些通常很圆的天体从太阳圆盘前经过；另一方面，在适合观测的条件下，人们却一无所获，没有发现任何位置和亮度能让人联想到在特定轨道上运动的如水星一样的行星的天体。
为了解释这些矛盾，有人以天体的运动不同为理由：例如一些巨大的火流星沿着未知且无法预知的轨迹划过太空。还有人甚至猜想，一些小月球在地球周围运动，它们是如此渺小，以至于只有在太阳前投下黑点时才能被人发现。
另外，最近几年，人们似乎正在思考一个新的假说。最新被发现的某些小行星的轨道偏心率非常大，我们将在《小行星》一章中详细讲述。偏心率之大以至于这些小行星与其他天体的普遍运动不同，它们的平均距离失去了意义，我们无法根据它们的连续距离来确定它们的位置。大部分小行星位于火星和木星之间，但我们刚刚提到的这些小行星不受这一规则摆布，因为它们的轨道如此椭圆，以至于行至近日点时比地球甚至水星更接近太阳。它们可能在某一时刻从地球与太阳之间穿过，于是可能会被人们看成一些黑点。要确切了解这一点，新发现以及精确的轨道计算可能仍然是必不可少的。
我们在本章讨论的问题仍未能得到解决，但根据所有事实，被观察到的现象必然与在地球近距离空间内移动的天体有关；最终我们可以断定，稍微大一些的天体必定不可能存在于太阳的近邻地区。
(1) 直到现在，天文学家也没有发现比水星距离太阳更近的行星。
(2) 祝融星，又称火神星（法语：Vulcain，英文：Vulcan），是一颗假设在太阳和水星之间运行的行星，其目的是解释水星实际的近日点移位和计算出的移位之间的差距。20世纪初，爱因斯坦的广义相对论基本成型后，根据广义相对论计算出的移位值和观测到的值相符合，因而学界停止了对祝融星的寻找和证明。
离开最近的月球后，我们要航行千百万千米才能到达接下来要探索的世界。
我们之所以首先研究地球的卫星，是因为它距离地球最近，可以在某些特殊的可见度条件下对其进行研究，而太阳系中的其他天体，不管是远是近，是大是小，都不具备相似的便利条件，只有在光学仪器下，这些明亮的光点才会显示出大小和形貌。既然地球不再具备优势地位，那么是时候放弃“从地球出发逐步描述所邂逅的行星”这一方法了；从太阳系的中心天体——太阳出发，由近到远逐一造访每一颗行星，这种方式更符合逻辑。各大行星与太阳之间的距离远近不同，由此导致了各种各样的结果。既然太阳在很大程度上应为之负责，沿着以它为起点这一顺序，我们将更容易比较行星的运动及其地表的主要特殊条件。
因此，水星将是第一个满足我们好奇心的星球。确实，在我们所知的所有行星之中，水星距离太阳最近。对于天文学家而言，这种邻近不过是研究的又一个障碍。由于这一极近距离作梗，很久以来水星都不为人所知，被发现后也是鲜为人知，特别是它的能见度时间很短，间隔时间却相当长，更增添了水星的神秘感；直至今日，尽管水星距离太阳极近，我们对它的认知依旧相当有限。
水星的轨道及其运动
轨道偏心率极大的水星的近日点距离为4600万千米，远日点距离为7000万千米，平均距离为57 850 000千米(1)。
地球上的我们看到的半明半暗的水星绕太阳转动，并呈现出不同的相位。
水星轨道与地球轨道之间的关系。由于水星轨道的偏心率，地球上的人可以看到，在距角范围内的水星以不同的角度与太阳分离。 orbite de Mercure：水星轨道 Aph é lie：远日点 P é rih élie：近日点 orbite de la Terre：地球轨道
如图所示，站在遥远的地球上，我们可以将水星的整个公转轨道尽收眼底。假如将水星的环绕轨道以某种方式有形化，我们瞧见的会是一个拉长的纺锤形；由于运动，水星在经过的每个位置上呈现出不同的水相，并交替从太阳的一头运转到另一头，仿佛在做永恒的摆动。然而这种景象并不是一成不变的，水星的公转轨道与地球公转轨道面之间有一个7度的倾角。当地球与水星相对于双方轨道平面的交叉点排成一列时，水星在太空中的运动轨迹为一条直线，当它与太阳和地球擦肩而过时，恰好横在太阳前面。上述三个天体的组合运动构成了“水星凌日”现象，每一周期的时间间隔为13年，7年，10年，3年，10年，3年。
水星在太阳的每一侧高速往返。二者之间的邻近关系不仅使水星的轨道路线很短，还使它的公转速度非常快，88天就能绕太阳一周，这就是水星上的一年。然而从地球上看去，水星完整绕太阳一周需要的时间更长。确实如此，沿同一方向运动时，由于水星的速度比地球的速度快得多，水星平均116天与地球会合一次。例如，当水星位于太阳以东的最大离角或距角(2)时，人们在日落时分能观察到它的身影。从此刻开始，水星接近太阳的速度似乎越来越快，在后者的光芒下很快消失，清晨时分它在太阳以西的最大距角重新现身，平均用时44天。随后，人们将会看到水星从这一点再次向太阳靠拢，从太阳背后绕回初始位置，如此循环往复。
太阳附近的水星被天光所遮蔽（水星在十字处）。
水星的视运动以及连续相位图示：左图为傍晚的天空，右图为清晨的天空。
在我们眼中，这仿佛是一场飞快的捉迷藏游戏，因为水星只有足够远离太阳的光辉才易被人类发现，即只有在位于“距角”的短暂时期才能被看见。通常而言，水星的能见度开始于东大距(3)10~17天前，结束于东大距6~7天后；水星在太阳以西时的能见度期限与在太阳以东时相同，只是可观测的时机相反，一个在早上一个在傍晚，因此我们只能在凌晨或黄昏的曙暮光中看见水星。在任一情况下，当水星位于天空中最有利于观察的位置时，尾随太阳或在前领跑的水星至多有2小时15分的时间可以被我们看到。也就是说，对于简单的视觉而言，当人们可以观察到这个耀眼的天体时，它总是相当靠近地平线。当它升到更高点时，这固然满足了天文学家为获得最佳观察质量而要求的条件，但同时太阳也高居天空正中，水星被湮没在被照亮的地球大气的云山雾海里，只有用精确瞄准的天文仪器才能发现它。
现在我们理解了为什么在其同类天体被发现之后，水星方才被辨别出来。另外，由于水星时而出现在傍晚，时而出现在清晨，早期的天文学家认为这是两个天体，然而精通天空科学的古埃及祭司马上认识到它们其实是同一颗。关于它的视运动我们在上文有所解释。
水星在太阳两侧的高速往返必然导致它的能见度时间十分有限，而每次出现在天上的位置使其成为太阳系所有肉眼可见的星球中最不容易被观察的一颗。这一点也解释了为何哥白尼在临终时叹惋一生从未见过水星：哥白尼时代的环境使水星在出现的时候总是被地平线上的昏暗雾气或不合时宜的积云所遮蔽……对天体尤其是水星的观测着实是对耐心的磨炼。
日落时分，水星追随太阳的路线，坠向水平线。
人类终于以肉眼看到在最后几缕暮光之上如恒星般闪亮的水星。
(1) 现测定水星的平均距日距离为57 910 000千米。
(2) 距角指从地球上观察时，行星和太阳间分离的角度。当位于太阳和地球之间的行星（内侧行星）在日落后被观测到，则接近东大距；当内侧行星在日出前被观测到，则接近西大距。
(3) 大距是指地内行星（水星和金星）从地球上看上去离太阳最远的一点。东大距指从地球上看距离太阳最远时水星或金星在太阳东边。大距前后观测地内行星最好。
水星的体积和要素
对于我们刚刚指出的关于水星能见度的问题，还有另一个因素在雪上加霜，那便是水星的微小体积，这使人类对水星的研究更加棘手。确实，我们现在关注的这颗星球是太阳系九大行星中体积最小的一颗，它的直径只有4800千米(1)。比起地球来，水星的体积与月球更接近，因为地球的体积是水星体积的20倍。从另一个角度而言，水星总表面积是地球陆地表面积的1/2。
然而，从比例而言，这颗渺小的星球却是太阳系中最重的天体。水星的物质密度比地球的物质密度还要高：以水的密度为单位1，水星密度将近6.2，而地球的密度为5.5(2)。已知水星的直径和密度，人们可以计算出水星的表面重力是我们在地球上所承受的2/5。在水星上，我们的1千克可能只显示出400克的重量；一个人即使没有享受过在月球上的轻盈感，在水星上也会明显体验到这种感觉，同时，由于人的力量加倍，在地球上费力才能稍微抬起的重物，在水星上却能轻轻松松举起。
地球、月球与水星之间的直径比较 Terre：地球 Mercure：水星 Lune：月球
我们在这里只是纯粹做个比较，因为人类永远不可能体验到水星上的现场环境。此外，即使人类到了水星，也很有可能无法在水星的表面环境里坚持下去，特别是由于本身的自转，它的环境更加恶化了。关于这一点，之后我们会更加详细地讲述。
关于水星自转问题的分歧存在了相当长的时间，在此我们有必要介绍一二。
任何行星的自转都是通过人类发现的其表面各种高低不平的斑点的位移才得以被凸显。我们会更深入地研究水星上显现出来的外貌，但解释这一外貌需要的清晰观察却面临着种种困难：水星的渺小、与地球之间的遥远距离，特别是观察水星的不利条件。目前，我们仅能列出对于观察到的不同外貌的研究结果。
上个世纪初，德国天文学家施罗特在对水星、金星进行长期研究后宣称，水星的自转周期为24小时0分50秒，也就是说几乎与地球的自转周期相同。很长时间以来，这一数字被公认为真理，以至于在许多相对现代的天文学论文中仍然有所提及。
1891年，戏剧性的变化发生了。当时最优秀的天文观察者之一、曾揭露奇特而神秘的火星构造的斯基亚帕雷利带来了关于水星的新发现。经过细致的研究，这位著名的意大利天文学家宣布，与施罗特及其拥趸的结论不同，他的研究表明，水星的自转运动非常慢，完整的自转周期与其公转周期一样长，因此这颗行星以同一面朝向太阳，如同我们眼中的月球以同一面面对地球。
斯基亚帕雷利的发现并未马上赢得一致赞同，许多施罗特的拥护者还在抵抗，但随着大部分现代天文观察者对此进行检验，水星自转速度缓慢这一观点最终得到了公认。
产生分歧的原因很简单：观察水星遇到的困难非常棘手。在大部分时间里，水星的细节外貌并不引人注目，甚至在人类的目力极限之外。椭圆形的轨道导致水星在移动时速度变化巨大，而与此同时，自转速度却保持不变。不过，如果人们回顾上一章对月球及其天平动的解释，便可想象到这一机制同样适用于水星。然而，由于水星的轨道速度，这颗天体的天平动效果表现得非常迅速，同时远比月球的天平动明显。在水星朝向太阳的那一面的边界两侧，有23.7经度的摆动交替发生，这些区域轮流接收到光照。这一明显移动以及同期——例如东大距时的夜晚——进行的一系列观察使水星上的斑点看上去分别占据相位明暗界线处的不同位置。因此，观察者将面对水星自转所产生的后果：它将同一斑点带回原地，相对于观察者基于的地球有一定偏移。事实上，如果地球大气层纯净到足以使人在白天分辨出水星，人们就可以连续几小时追踪它的身影（同观察其他行星一样，只是后者的观察是在晚上进行的），并因此认识到水星表面显露的斑点并未展现出任何可感知的位移。在如此长时间的观察里，水星表现得就像月球一般，不管水相如何，水星的轮廓总是保持不变。在这一点上，水星的运动在我们眼中与其他大多数行星截然不同，通过其在旋转运动影响下呈现出的连续外貌，人们很容易判断水星自转速度的快慢。
如此看来，水星的行为毫无疑问与太阳有关。我们在这里将提出的依据是水星的自转周期与公转周期一样长，均为88天(3)；这一情况产生了许多非常重要的特殊后果。
从另一方面而言，还未被确切阐明的便是水星自转轴与其轨道平面的倾斜角这一问题了。过去，根据施罗特的观察，人们认为该自转轴非常倾斜。在其时代所能允许的细致的研究过程中，施罗特以看起来环绕着的阴暗带状外形为依托——将这一阴暗地带看作类似赤道带的结构。人们在翻译他的论文时却犯了一个错误，误将“该阴暗地带的倾斜角”译为“自转轴的倾斜角（70度）”。这是一个几乎横卧的方向，可能会导致极端夸张的季节性环境，但事实上，自转轴的倾斜角只有20度，这决定了水星接受太阳照耀的幅度不如地球。
同水星之前的自转周期一样，这一数值似乎也不是最终定论。对水星表面斑点的研究表明，在水星年中它们的位置没有显示出任何缘自自转轴倾角的明显变化；无论如何，水星自转轴的倾角都不会超过10度(4)。对于测定这样一个渺小的行星图像而言，观察以及精确测量的可能性都是需要克服的严重障碍。
施罗特观察到的水星的两种外貌
无论如何，季节变化严格说来对水星并没有什么重要性；正如我们将看到的那样，季节变化产生的影响在任何情况下都远远不及距日距离产生的影响（水星轨道的偏心率造成了距日距离的不均等）。
(1) 水星半径2440千米，可算得直径4880千米。（NASA）
(2) 水星的平均密度现测定为5.427克/立方厘米，地球的平均密度现测定为5.513克/立方厘米。
(3) 水星的自转周期的确很慢，但现测定其自转周期为58.65天，而非88天。
(4) 现测定水星的自转轴倾角接近0度，这极小的自转轴倾角使得水星上几乎没有四季和昼夜长短的变化。
水星的外貌
上文对解释水星运动的发展历程的描述对于更好描述此处看到的环境是非常必要的。
在适合观察的短暂时间里，水星展示出不同的外貌。确实，水星的运动使得它与地球之间的距离不断变化。回看本章第一幅凸显水星光照相位机制的插图，我们将察觉到，水星在轨道上或近或远的位置使得水星视直径的变化与我们眼中的这些太空中的水相相符。
当我们看到的水星如同满月前后的月亮、几乎从正面被照亮时，它非常遥远，相对于地球位于太阳的背面；而当我们看到的水星呈月牙状时，它相对位于地球附近，距离我们最近时恰从地球与太阳之间穿过。考虑到与这两个行星轨道关系相关的条件，水地之间的距离变化就像水星的视直径在4.7角秒~12.9角秒之间摆动一样。这些数字如果表示在2到3倍之间变化的视直径的大小，从天体观察的角度而言，强调它们所对应的东西并不是没有意义的。此外，对于不熟悉观察天空的人而言，这里还存在一个应深入理解的问题：物体或行星圆盘的视直径用角度值来表示，角度值以度、角分、角秒或角秒的十分制小数为单位。肉眼观察到的太阳和月球不管真实比例如何，由于二者距地距离差异悬殊，在人类眼中都平均张了半度多的角，确切地说，太阳的视直径为32角分2角秒，月球的视直径为31角分7角秒。各大行星呈现出的圆盘都非常小，一般均不足1角分，于是人类用角秒来表示它们的视直径。如果我们以角秒为单位，太阳和月球的平均视直径将不再是上面这两个数字，前者的平均视直径为1922角秒，后者为1867角秒。如此一来，人们会认识到，视直径只有5角秒的水星圆盘是多么渺小。当水星离我们更近时，我们会看到一个8角秒~9角秒的月牙状水星；当水星处在太阳与地球之间时，这颗暗下来的星球的视直径达到最大值12角秒9。
左图为水星在东大距时的外貌特征（傍晚），右图为水星在西大距时的外貌特征（早晨）。
水星视直径的变化比例
对水星可见表面的研究相当于观察一个比肉眼中的月球小250倍的图像。我们有必要稍微展开这一问题，以便更好地理解行星显现出来的大小以及对它们详尽研究的可深入性。
水星被形容为“刺头”是非常合理的，它不仅吝惜于让人看到，而且在现身的那段时间里至多展露了笼统的特征，而非更精确、更宝贵的细节。然而，这些通过耐心积累得来的知识加上现代科学物理方法提供的数据与比较却使我们能够了解水星的性质，并估计它与地球之间的不同。
水星的表面
在太阳系的所有成员中，水星是人们最晚应用望远镜来观察其物理特征的行星。它的渺小使人难以从远景中发现它的细节，早期观察至多能让人认出它所展现出来的相位。为了看清它的相位，人们甚至不得不等待光学仪器的质量得到改善。直到接近本世纪，人们才开始收集到真正翔实的资料。我们之前已经提到了施罗特的工作，他与哈丁合作发现了水星球体呈现出的某些凹凸不平的现象。之后，除了19世纪不同时期的观察者们隐约瞥见的模糊斑点，人们对这颗星球的其他特点一无所知，它的渺小似乎已经将试图穿透秘密的努力拒之门外。简而言之，水星被忽视了很久。
斯基亚帕雷利和丹宁这两位天文学家自1881年起清楚地认识到了水星的主要特征，而我们提供的细节来自这之后更加坚持不懈的研究。
我们可以清楚地在能够观察到的整体为相当明显的黄色色调的水星表面看到一些明暗度不一的灰色斑点；而其他局部区域尽管看起来不是白色的，也相当明亮。由于尺寸微小，对这些细节的观察需要尽可能完美的望远镜图像，而这一条件很难实现。为了保证研究的有效性，研究水星最好是当其位于高空时，而水星总是在位于地平线附近时才能被肉眼看到，当水星在太阳近旁时，地球大气层的灿烂“面纱”是我们必须跨越的障碍。
在地平线附近的水星看起来非常模糊。
斯基亚帕雷利绘制的水星平面球形图EST：东；SUD：南；WEST：西；NORD：北
无论如何，当这些斑点清晰可见时，人们就会发现它们的布局总是一成不变，正如我们已经看到的那样，水星总是以同一面朝向太阳；同样，布局的持久性证明了这些斑点是水星表面固有物的迹象，代表了水星表面特性或构造的多样性。由于斑点复杂微妙，不同观察者绘制的图像并不总是一模一样的，但这些个人化的不同阐释均透露了斑点的各自位置或规模。不过请注意，某些图，尤其是根据斯基亚帕雷利的早期观察研究绘制的水星概貌地图，描绘出来的是一些纵横交错的细瘦的黑暗条痕，但在大部分现代绘图上，这些斑点则被绘制得更加宽大，有些边缘甚至变成了圆形，赋予了它们灰色海滩的外形，让人不禁想起月球上的地形。
我们应该将这些外观归因于何呢？如果从联想的角度出发，坚持基于概貌比较的解释，这幅画会让人想到海洋、海峡以及陆地的地理分布（正如早期天文学家对月球以及后来的各种行星所做的那样）。而当我们研究了水星的特有环境后，才发觉上述联想的不可能性。
从逻辑上来说，唯一可能被明确提出的观点便是，这颗行星地面的不同部分存在本质上的差异。对一些应该是由非常黑暗的物质构成的区域，我们无法察觉它们的结构或边界特点，在我们眼中，这些特点汇聚成被我们看见的斑点整体。就我们的判断而言，由这些笼统的特点可以联想到月海，二者即使不是一模一样，至少也很相似。
根据鲁达乌斯的发现绘制出的水星平面球形图Sud：南；Nord：北
此外，其他一些事实也支持在水星与月球之间做比较。我们把任一表面的反射能力称为反照率，即照亮这一表面的光量与该表面反射到我们眼中的光量之间存在的关系。换句话说，如果我们将某一表面接收到的光照表示为单位1，测量结果表明，被反射出去的光量在强度上减少了一半，因此该表面的反照率为0.5。例如，白垩(1)的反照率为0.82，雪的反照率为0.78。反照率更低的物体或物质如下：石灰，0.33；白色砂岩，0.3；维苏威火山灰，0.14；石灰石，0.1；火山岩，0.03~0.1。尽管表面光辉明亮，月球和水星本质上却是暗淡的，它们的地表仅反射了很少一部分太阳光线：据估计，月球的反照率为0.1，水星的反照率为0.09。我们不是在暗示这两颗星球本质上完全相同，由于二者构成物质的密度不同，这种完全相同也不可能存在，但至少二者之间存在一种表面的相似性。鉴于月球地面展现在我们眼中的外貌，将它与石灰石与火山岩的反射力进行比较是必不可少的。尽管不同物质可能拥有几近相同的反照率，但我们认为表面非常相似的水星与月球拥有几乎一样的反照率并不完全是偶然现象。
比较水星与月球的图像（左2张为水星，右2张为月球），用缩小摄影拍的月球图像与放大后的水星大小和清晰度相同。
要说明水星的外貌使人联想到月貌，自然要把一切事物归复到其真实比例。之前我们强调过，与月球相比，水星的视直径非常小。视觉条件与发现精确细节的能力完全是两回事。在有关观察天空的章节里，我们已经讨论了物理定律以及环境固有的缺陷——它们影响了仪器图像的质量，致使其无法像直视得到的图像一样完美。根据所提供的水星视面积的相关数字，再基于一个简单的计算，我们固然可以断言，将水星图像放大250倍即可使它看起来像肉眼中的月亮一样大，却不能因此认为这两颗星球在人眼中是一样清晰的。如果观测月球的人的眼睛再敏锐一点，他就会发现除了整体图像以外的多种多样的细节或明暗变化，而将月牙状的水星图像放大到同样规模，画面就会显得模糊，细节没有那么丰富多样。另外，这一图像或多或少受到了大气扰动。
为了进行有效的比较，我们应颠倒一下，设法拍摄出与有缺陷的水星图像类似的月球图像。通过不精确对焦的缩小摄影，人们成功做到了这一点。在图像规模相同的情况下，我们发现水星和月球的外貌显示出惊人的相似性，并从中获得了非常有价值的信息。
从稍微清晰的早期观察开始，人们就注意到，水星相位的明暗界线有时会显得参差不齐，改变了星球光照几何边界的规律性。尤其当行星开始呈现为月牙形状时，施罗特在呈块状的行星边缘发现行星南半球的角变钝了，好像被截去了一段。那确实是一个很容易辨认的外观。施罗特总结，正如我们观察到的月球，水星也显示出其地表的崎岖不平。这让我们不由想到前面章节里的内容：相位边缘参差不齐的地形在其身后投下的阴影，阻止太阳光线到达它理论上能抵赴的极限；而在照明极限之外的顶峰却被照亮了。如此一来，从整体上看，相位边缘显露出一些或明或暗的蜿蜒线条。当水星也呈现出相同的外表时，人们会倾向于用刚刚明确过的原因来进行解释。这一结论至少来自视觉条件和规模上实际相仿的两个天体之间的比较研究。
对比夸张的月球摄影图像凸显了明暗界线参差不齐并且变暗的原因。
然而，限制是无法避免的。望远镜图像受衍射效应影响，后者放大了与其他区域相比最明亮的部分；与观察的图像尺寸相比，所得图像越小，量值基本恒定的衍射效应就越明显。同理可得照片上的鲜明反差。我们有必要重视这些针对边界或轮廓外貌的变形，因为虚假效应混入了真实之中，导致此处图像呈现出夸张的失真。
因此，有人将水星明暗界线的参差不齐或水相一角的变形解释为不同亮度区域之间的对比所造成的纯粹错觉，但我们能直接观察到的在特殊条件下被衍射改变的部分月貌证明了某些事实的存在，因此我们认为，水貌与月貌之间的相似不仅缘于扭曲的图像，也缘于规模相似的参差不齐。
因此，我们显然可以将平均落差3000~4000米的月球地形起伏的高度值用于水星地表不同区域的某些地形；至于水星上的灰色区域，我们也可以看作近似“月海”呈现出的外形或特点。
无论如何，这些地形都是相当险峻的山岳，或至少是一种平面不统一的结构。一连串高低不平的凹凸地面解释了水相明暗界线所呈现的亮度渐弱的外貌；亮度不足造成的模糊外貌使水星相位比理论上更加明显，例如，当水星看上去呈块状时，它的明暗界线理应是一条直线，却形成了一块明显的凹陷，以至于水星没有呈半月形，反而像月牙一样。我们依然需要大到足以看到细节但对比明显的月球图像作为联想性的论证。
水星上的山；这一对照图是根据施罗特的绘图（1800年3月31日）绘制的。
所有这些推论都是笼统性的，缺乏符合某一特定点的精确数据。根据发现，施罗特认为水星月牙南角的截断是高地的阴影造成的。根据该阴影的规模，他自以为得出了可信的结论：这一地形高出地表20千米。人们在他的复制图上还看到了更为巨大的凹凸地形，假设准确的话，它们对应的高度为50~100千米。所有这些数字都显得过分夸张，并且最终也没有任何证据能够证实它们。
即使不能直接观察到高地、山顶或落差作为核验，我们也不能轻率地否认这些地形的存在，因为我们想不通行星球体因何会像台球桌上的台球一样均匀平滑。行星上浮现出的色调不同的地理轮廓显然证明了该地表结构和布局的多样性；另外，在星球形成之时，至少其地壳的表面必然被改变或塑形了。继续与月球进行对照：光的偏振相位以及反照率解释了水星外貌的大轮廓，现在我们可以假设这两颗星球在多方面依旧存在其他共同特征，比如两颗星球上都没有水，即使在原始时期曾短暂存在，水的作用力也相当有限，无法有效地改变地表，因此该地表很可能保留住了原始的岩层特征，什么都没有磨平它的粗糙表面。我们就是秉承着这样的思想想象着水星的表面，直至有了新的进展。水星表面承载了太阳弥散的大量热流，看起来任何事物都不能有力削弱太阳辐射的炽热，这让我们开始思考水星周围的大气问题。
(1) 一种细微的碳酸钙沉积物。
水星大气
在开始从太阳表面通过的水星图像上，人们没有发现任何可归因于水星大气层的现象。
水星表面的贫瘠景观似乎沉浸在一种对人眼而言可以致盲的光线当中。
关于水星大气层的存在问题，人们的意见远远没有达成一致。根据水星经过太阳时显现出的某些外观，有意见认为，水星大气应该非常厚重。在许多观察者看来，水星的轮廓被一个巨大的灰色环状物包围着，而在其他类似的情况下，人们发现的却是一个规模不相上下的耀眼光环。如果我们企图用单一原因来解释这些事实，会很难调和它们的对立。相反，幻觉或光学现象很好地解释了太阳灼热表面前的黑色小圆盘周围的各种光晕；同时，在圆盘中心附近偶尔看到的奇怪亮点似乎也是出于同样的理由。此外，能够产生这种效果的大气层会赋予它在其他任何情况下都不曾显现的特殊外延和规模，而在没有任何明显可归因于大气层的结果的情况下，天文学家均认为水星周围并不存在大气层。
然而，在上世纪末，沃格尔和哈金斯从水星的光谱中发现了大气层的存在，该大气层内含有相当大比例的水汽，但随后是完全相反的意见：利用威尔逊山上强大的设备，亚当斯和邓纳姆未能发现以前被承认的痕迹。他们应该做出什么样的结论呢？最可靠的不过是水星表面并不存在数量可观的水汽。然而，尽管还有一些其他推论，这并不意味着水星周围就完全没有大气层。
水星的太阳光照情况一览。由于Z点附近的天平动，太阳位于所标方向内所有点的天顶之处。出于同样的原因，在AB直线两边的灰色区域交替被照亮或沉入黑夜。 P le：极；Equateur：赤道
各种视觉观察都揭示了一些特殊性，这些特殊性只能归因于悬浮在上空并遮住了部分地表的障碍物。我们只能用这一事实来解释为什么一些通常很明显的斑点有时似乎变浅了，或者为什么一些斑点不再能够被辨别出来。我们特意使用的“障碍物”一词看起来最适合不过，因为它没有预判这暂时“面纱”的质量或性质。然而，安东尼亚第却从这一角度提出了一个非常合理的假说：他将这些障碍看作细微到连稀薄的大气也能托起的尘埃。
因此，我们姑且认为水星周围存在密度极低的大气层，在其内部可能发生了一系列沧桑变迁。现在，我们想知道的是，水星大气层是否一直如此，还是这只是残留的痕迹——水星的质量太小，导致大气逐渐消散。无论如何，由于水星的引力相对较弱，它的大气层在高空变稀薄的速度可能比地球大气层快，看起来没有起到保护层的作用，因此水星天空之下的环境条件引起了我们的注意。
水星世界的物理环境
上文中的所有数据以及推论使得我们能够绘制水星世界的图表。
由于水星大气层的密度很低，没有雾气，它只能漫射很少的太阳光线，所以水星的天空是黑暗的。在黑色的苍穹之下，尖锐的景致被毫不留情的强烈光线照亮。太阳是一个直径巨大且会变化的光亮天体；由于轨道偏心率产生的距离改变使得太阳的视直径在远日点的68角分到近日点的104角分之间变化，它的平均值为83角分。根据这些尺寸，再对照从地球上看到的只有32角分的太阳视直径，人们可以推断出，太阳散发到水星上的光和热是地球上的4.5倍到10倍多。
水星在远日点和近日点处看到的太阳的视直径
毫无疑问，任何东西都无法有效过滤太阳辐射的这一可怕热度。由于水星自转速度缓慢，地表持续不断地暴露在阳光下接受辐射的炙烤。经过计算，在水星赤道及太阳在天顶的地区，温度最高可达400多摄氏度(1)，在这样的温度下，铅和锡也会熔化！随着辐射的入射角度越来越水平，这种极端环境会得到缓和，在天平动区域，交替的日升日落使严酷的环境变得温和。最后，沉浸在永恒夜晚中的广阔地区在理论上应该被剥夺了所有温度，也就是说，这里是绝对零度的空间。如果我们承认存在稀薄的大气，这一大气必然受环境截然相反的两个半球之间的持续交换运动左右。我们可以想象——地球大气的普遍循环为我们展示了这一机制——炎热地带的过热空气向上升起，召来严寒地带的冷空气贴近地面。热气流流向严寒地带，使地区升温。如此一来，水星表面终年都应吹着信风，信风从被太阳照亮的半球的外围出发，汇聚到该半球的中心区域。我们还必须承认，水星信风的规律性并不是没有变化的。天平动使得太阳给行星上的不同地点升温，这导致局部地区的温度明显失衡。无论如何，信风吹拂的方向似乎有所变化，这就解释了来自极度干燥地面的尘雾的形成。在这种情况下，人们甚至可以假设，强烈的风蚀作用不知疲倦地打磨着地表，雕琢出地形的起伏；但我们在讨论这些无法核实的事实、结果以及由此产生的岩相时务必十分谨慎，因为我们根本不知道水星地面的矿物质成分。
在这颗星球上，一头酷热难耐，另一头冰冷严寒，中间地带气温多变，人们不禁思考什么样的有机物才能在上面生存。我们不打算解决这一问题，即使是以假说的形式。我们列举的一切特征使得水星与地球之间没有半分做比较的可能。
此外，我们可以很好地想象水星人或水星上的地球移民眼中的天空景观，我们可以通过实验或计算来获得这一景观中的要素。
图（1）展示了水星赤道地区的光照条件。图（2）展示了对于上页图中AB直线而言太阳相对于地平线的摆动；Z处太阳在天顶两边摆动。 Zenith：天顶；Horizon:地平线
我们已经谈到日面无比巨大。它的状态让人难以忍受，水星大气层没有厚到足以减轻它的影响，因此除非之前提及的尘雾悬在当中，不然太阳在地平线上与在天顶上一样明亮，在水星上的日出日落时分不会出现曙暮光。然而，由于太阳圆盘硕大无比，它在水星光照极限之处形成了一片相当广阔的半影区域，区域里光线的强度逐渐变弱。我们还将注意到，所有物体的阴影不再清晰明显，其边缘变得非常模糊。
被太阳光照亮的水星边缘区域的景色
地球（上）和水星（下）上的阴影的清晰度不同。
在黑夜笼罩的地区，夜景毫无疑问是美妙的。不过，我们面临着两种选择来证明总是被忽略的水星大气层的存在。人们或者看到群星在深黑的夜空中闪耀出了全部强度，或者看到一道柔和的辉光在整片夜空中铺展开来——这涉及在地球上被称为黄道光的一种现象。在地球上看到的黄道光是指日落后或日出前超出地平线的一片亮光。它的主要形象近似一种拉长的光锥或纺锤，没有明显的边界，且随着高度增加会逐渐暗弱消逝；事实上，如果我们在大气层极为纯净的区域或空气更为明净的山顶上进行观测，就会发现黄道光的范围更广阔，这道微光轴勾勒出的痕迹仿佛一条横跨整个天空的光带。我们由此可以得出结论，黄道光包围了整个地球。尽管得知了这一点，人们还是未能确认这样一种现象的原因。视觉观察证明这一纺锤形辉光与黄道平面大致重合，更确切地说，与附近太阳的赤道平面相吻合，因此人们自然而然将其看作围绕太阳的透镜状的云团，这云团是日冕的延长部分；这个庞大的结构向外伸展，直至将地球包围在内。这一如此合理的解释似乎可以令人满意，但是通过现代物理手段对这亮光的研究揭露出的特质似乎不能证实该解释。现在，各种观点均倾向于认为黄道光是由地球附近的自由电子或稀薄气体分子造成的。
日冕黄道光猜想图示：黄道光被看作围绕太阳的透镜状云团，延伸到了地球轨道之外。 Terre：地球 Vénus：金星 Mercure：水星
这一现象引起了两个截然不同的猜想。对它的简短陈述对于我们现在要重新关注的水星天空景观是十分必要的，因为在水星上看这种以太阳为起点向外延伸的、仿佛是日冕外延的现象，会是一种独特的体验。确实，由于水星距离太阳更近，比起地球来，它会被这一结构更好地包围在内，其中的光辉也就更加强烈。绝对透明的稀薄水星大气没有减弱它的光芒，在地球上有时分辨不出的这模糊而神秘的光亮，在水星上看将是一个可观的光源，可能会将整个天空变得磷光闪闪。而在第二种猜想中，这样的景观不复存在，除非地球附近也产生了类似的效果。我们不能果断解答这一问题，也无法判断如果水星因为邻近太阳而获得了大量电流，是否会同地球一样发生电磁现象。
根据黄道光的方向，它已与围绕太阳的一种结构融为一体，并在黄道平面上延伸。 Plan de L’Ecliptique：黄道平面 Soleil：太阳 Horizon：地平线
在水星上看到的“黄道光”比在地球上看到的更亮更广。
在水星天空上看到的金星（上）、地球和月球的相对大小
我们可以确认的是，天体本身为水星提供的美妙图景，没有什么可以削弱它们的光辉。水星天空的星座与我们在地球上看到的一模一样，因为水星与我们之间的成千上万千米在广袤的太空面前显得微乎其微；从水星到地球，我们仿佛不曾有过位置变化，任何透视效果都不会改变远方星辰的相对位置。至于行星，情况就完全不同了。金星和地球是最美丽的行星，尤其是金星。相对于太阳，它们位于水星外侧，人们可以在水星天空背向太阳的地方发现它们的踪影。由于此时金星、地球分别与水星之间的相对距离不远，它们显得如此光辉耀眼，以至于我们在地球上竟找不到可以比拟的景观。金星看起来宽约70角秒，肉眼看上去就是一个小小的圆盘；地球的视直径只有金星的一半，旁边还有月球这一小点。
因此，在这颗没有卫星的星球上，总有一些时刻——组合运动使这两颗行星同时出现在水星天空中的时候，未被照亮的半球上的永恒之夜会被“金星光”和“地球光”联合驱散。
摄影：黄道光最明亮的部分（天文台）
水星上的夜晚。在被黄道光完全照亮的天空中，地球和金星格外明亮。
(1) 水星表面温度可高达430摄氏度，最低温度可低至-180摄氏度。（NASA）
水内行星假说
水星真的是距离太阳最近的行星吗？我们不能断然肯定(1)。由于各种各样的事件，水星的这一“特殊”位置总是时不时被质疑。要总结这一曾备受争议的问题，我们不能离开太阳的附近。
人们应站在直接观察和数学测定的立场上看待这一问题。在数学领域，通过计算发现海王星的勒维耶认为他可以胜任这一角色。确实，他通过对水星运动进行整体分析，发现计算出来的位置与观察到的方位之间每世纪都有细微的差异。在勒维耶看来，可以将这一被发现的异常解释为存在于水星和太阳之间的一颗或两颗行星所造成的干扰。这一假说还未有太多进展便已站不住脚，当今著名的爱因斯坦相对论解释了勒维耶发现的变化。让我们回顾一下勒维耶的假说。他本可以通过一种相对简单的发现来为自己的假说提供充分的证据：在某些时刻通过太阳表面的一个或几个天体。我们已经知晓在太阳附近分辨出水星的困难之处，因此距离太阳更近的天体更难被人发现，而一个投射在太阳表面的黑点则非常明显。另一方面，这一相当罕见的现象依然需要没有经验的天文学家全神贯注地投入观察，直到捕捉到恰当时机。最终，还是一位业余天文学家勒卡尔博尔于1859年3月28日（几个月后勒维耶提出了他的结论）有幸看到了一个非常圆的小黑点从太阳前面经过，历时1个半小时。
1929年1月15日，J.吉约姆在里昂天文台观测到的天体从太阳前经过。 Nord：北
如果存在水内行星，我们有可能在日全食时会看到它在闪耀，如同此图中的水星和金星。
勒维耶完全被这样的现象吸引住了，（很晚以后）开始分析他所能收集到的所有相似的天文发现。他共收集到50份资料，但只有分别发生于1802年、1819年、1839年、1849年、1850年和1861年的6次天文现象值得关注。勒维耶认为这些现象与水内行星有关，于是根据所提供的要素，计算出好几条可能的轨道。他略显过早地将这颗水内行星命名为“祝融星”(2)。在测算出来的各种轨道中，最可取的轨道需要该行星运动30天，非常倾斜于黄道平面，这也解释了它从太阳前经过的稀少性。如果人们承认这一轨道，就会认为祝融星将在1877年3月22日再次从太阳前经过。结果，全世界的天文学家都在期待这一凌日现象的发生，他们在3月22日当天仔细观察天空，但一无所获……
用虚线标出的小行星EA1和HA的轨道展现了小行星是如何运动到近日点、比地球更接近太阳的。 Soleil：太阳 Orbite de Vé nus：金星轨道 Orbite de Terre：地球轨道 Orbite de Mars：火星轨道 Orbite de EA1：EA1轨道 Orbite de HA：HA轨道
在后来的日子里，人们再次看到了一个黑色物体从神秘的通道掠过太阳。特别是1929年1月15日在里昂天文台，吉约姆先生在极为不利的条件下发现了同样的奇观。那天云层笼罩，只有一角青天短暂闪现。根据物体在两次短促观察间隙的位移，它经过太阳的速度看起来非常快。
水星从太阳前经过，衍射现象造成了水星黑盘上的白点和光晕。
现在，我们必须指出，在日全食期间试图找寻这一神秘的天体是徒劳的。众所周知，日全食发生时犹如一个短暂的夜晚——即使不是每一次，也很经常——被吞掉的太阳不再眩目，使人们能够看到紧邻太阳的闪闪发光的行星，但在这种情况下，人们只能观察到水星和金星。
因此，积极和消极的事实同时存在。一方面，在一些情况下，人们看到一些通常很圆的天体从太阳圆盘前经过；另一方面，在适合观测的条件下，人们却一无所获，没有发现任何位置和亮度能让人联想到在特定轨道上运动的如水星一样的行星的天体。
为了解释这些矛盾，有人以天体的运动不同为理由：例如一些巨大的火流星沿着未知且无法预知的轨迹划过太空。还有人甚至猜想，一些小月球在地球周围运动，它们是如此渺小，以至于只有在太阳前投下黑点时才能被人发现。
另外，最近几年，人们似乎正在思考一个新的假说。最新被发现的某些小行星的轨道偏心率非常大，我们将在《小行星》一章中详细讲述。偏心率之大以至于这些小行星与其他天体的普遍运动不同，它们的平均距离失去了意义，我们无法根据它们的连续距离来确定它们的位置。大部分小行星位于火星和木星之间，但我们刚刚提到的这些小行星不受这一规则摆布，因为它们的轨道如此椭圆，以至于行至近日点时比地球甚至水星更接近太阳。它们可能在某一时刻从地球与太阳之间穿过，于是可能会被人们看成一些黑点。要确切了解这一点，新发现以及精确的轨道计算可能仍然是必不可少的。
我们在本章讨论的问题仍未能得到解决，但根据所有事实，被观察到的现象必然与在地球近距离空间内移动的天体有关；最终我们可以断定，稍微大一些的天体必定不可能存在于太阳的近邻地区。
(1) 直到现在，天文学家也没有发现比水星距离太阳更近的行星。
(2) 祝融星，又称火神星（法语：Vulcain，英文：Vulcan），是一颗假设在太阳和水星之间运行的行星，其目的是解释水星实际的近日点移位和计算出的移位之间的差距。20世纪初，爱因斯坦的广义相对论基本成型后，根据广义相对论计算出的移位值和观测到的值相符合，因而学界停止了对祝融星的寻找和证明。