נתונים אסטרונומיים בסיסיים
מרקורי הוא כוכב לכת קיצוני מכמה בחינות. בגלל קרבתו לשמש - מרחק מסלולו הממוצע הוא 58 מיליון ק"מ (36 מיליון מיילים) - יש את השנה הקצרה ביותר (תקופת מהפכה של 88 יום) והיא מקבלת את קרינת השמש העזה ביותר של כל כוכבי הלכת. עם רדיוס של כ -2,440 ק"מ (1,516 מייל), מרקורי הוא כוכב הלכת הגדול ביותר הקטן ביותר, קטן אפילו מהירח הגדול ביותר של צדק, גנימד, או הירח הגדול ביותר של שבתאי, טיטאן. בנוסף, מרקורי צפופה במיוחד. למרות שצפיפותו הממוצעת היא בערך זו של כדור הארץ, יש לה פחות מסה וכך היא דחוסה פחות מכוח הכובד שלה; כאשר מתוקנים לדחיסה עצמית, הצפיפות של מרקורי היא הגבוהה ביותר בכוכב לכת כלשהו. כמעט שני שלישים ממסתו של מרקורי כלולים בליבת הברזל שלו ברובה, המשתרעת ממרכז הפלנטה לרדיוס של כ -2,100 ק"מ (1,300 מיילים), או בערך 85 אחוז מהדרך אל פני השטח שלו. עוביו של הקליפה החיצונית הסלעית של כוכב הלכת - קרום השטח שלו ומעטפתו הבסיסית - עוביו רק כ -300 ק"מ.
אתגרים תצפיתיים
כפי שנראה מעל פני כדור הארץ, מרקורי מסתתר בשעות בין הערביים והדמדומים, ומעולם לא מגיע ליותר מ- 28 מעלות מהזווית מהשמש. לוקח 116 ימים להארכות רצופות - קרי עד שמרקורי יחזור לאותה נקודה יחסית לשמש - בשמי הבוקר או הערב. זה נקרא התקופה הסינודית של מרקורי. קרבתו לאופק פירושה גם שמרקורי נראה תמיד דרך יותר מהאטמוספרה הסוערת של כדור הארץ, המטשטשת את הנוף. אפילו מעל האטמוספרה, מצפה כוכבים המסתובבים כמו טלסקופ החלל האבל מוגבלים על ידי הרגישות הגבוהה של כלי הנגינה שלהם מלהצביע קרוב לשמש ככל שיידרש לתצפית על מרקורי. מכיוון שהמסלול של מרקורי נמצא בתוך כדור הארץ, הוא עובר מדי פעם ישירות בין כדור הארץ לשמש. אירוע זה, בו ניתן להתבונן בכוכב הלכת טלסקופי או באמצעות מכשירי חלל כנקודה שחורה קטנה שחוצה את הדיסק השמש הבהיר, נקרא מעבר (ראה ליקוי חמה), והוא מתרחש כתריסר פעמים במאה. המעבר הבא של מרקורי יתרחש בשנת 2019.
מרקורי מציג קשיים גם במחקר בחלל. מכיוון שכוכב הלכת ממוקם עמוק בשדה הכובד של השמש, נדרשת אנרגיה רבה בכדי לעצב את מסלול החללית בכדי להעביר אותה ממסלול כדור הארץ אל מרקורי כך שתוכל לעבור למסלול סביב כדור הארץ או לנחות עליו זה. החללית הראשונה שפקדה את מרקורי, מרינר 10, הייתה במסלול סביב השמש כאשר ביצעה שלושה מזבובים קצרים של כדור הארץ בשנים 1974-75. בפיתוח משימות עוקבות לאחר מכן למרקורי, כמו חללית המסנג'ר האמריקנית שהושקה בשנת 2004, מהנדסי טיסה בחלל חישבו מסלולים מורכבים תוך שימוש באסיסטים בכוח הכבידה (ראו טיסה בחלל: טיסות פלנטריות) מטיסות חוזרות ונשנות של ונוס ומרקורי במהלך מספר שנים. בתכנון משימת המסנג'ר, לאחר שנערך תצפיות ממרחקים מתונים במהלך טיסות פלנטה בשנת 2008 ו -2009, החללית נכנסה למסלול מוארך סביב מרקורי לחקירות מקרוב בשנת 2011. בנוסף, החום הקיצוני, לא רק מהשמש אלא הוא גם התחלף ממרקורי עצמה, אתגר את מעצבי החלליות לשמור על מכשירים קרירים מספיק כדי לפעול.
השפעות מסלוליות וסיבוביות
מסלולו של מרקורי הוא המוטה ביותר מבין כוכבי הלכת, והוא נוטה כ- 7 מעלות מהקליק, המטוס שהוגדר על ידי מסלול כדור הארץ סביב השמש; זהו גם המסלול הפלנטרי האקסצנטרי ביותר או המוארך. כתוצאה מהמסלול המוארך, השמש נראית בהירה יותר מפי שניים בשמי מרקורי כאשר הכוכב הקרוב ביותר לשמש (בפריחיון), בגובה 46 מיליון ק"מ (29 מיליון מיילים), מאשר כשהוא הכי רחוק מהשמש (באפיליון), כמעט 70 מיליון ק"מ (43 מיליון מיילים). תקופת הסיבוב של כוכב הלכת של 58.6 ימי כדור הארץ ביחס לכוכבים - כלומר אורכו של ימיו הצדדיים - גורמת לשמש להיסחף לאט מערבה בשמי מרקורי. מכיוון שמרקורי מקיף גם הוא את השמש, תקופות הסיבוב והמהפכה שלה משתלבות כך שהשמש אורכת שלושה ימי קרקע של מרקורי, או 176 ימי כדור הארץ, כדי ליצור מעגל מלא - אורך יום השמש שלו.
כפי שתואר בחוקי קפלר של תנועה פלנטרית, מרקורי מסתובב סביב השמש במהירות כל כך בקרבת perihelion עד כי נראה שהשמש הופכת מסלול בשמי מרקורי, תוך זמן קצר נע מזרחה לפני שהוא ממשיך להתקדם במערב. שני המיקומים בקו המשווה של מרקורי בהם מתרחש תנודה זו בצהריים נקראים קטבים חמים. כאשר השמש העילית נמשכת שם ומחממת אותם באופן עדיף, טמפרטורות פני השטח יכולות לעלות על 700 קילווינים (K; 800 מעלות צלזיוס, 430 מעלות צלזיוס). שני המיקומים המשווניים 90 מעלות מהקטבים החמים, הנקראים קטבים חמים, אף פעם לא מתחממים כמעט. מנקודת המבט של הקטבים החמים, השמש כבר נמוכה באופק והיא עומדת להתקבע כשהיא צומחת בהירה ביותר ומבצעת את ההיפוך הקצר שלה. בסמוך לקטבים הסיבוביים הצפוניים והדרומיים של מרקורי, טמפרטורות האדמה קרות אף יותר, מתחת ל -200 K (−100 מעלות צלזיוס, −70 מעלות צלזיוס), כשהם מוארים באור שמש רועה. טמפרטורות פני השטח צונחות לכ 90- K (-180 מעלות צלזיוס, -180 מעלות צלזיוס) במהלך הלילות הארוכים של מרקורי לפני הזריחה.
טווח הטמפרטורות של מרקורי הוא הקיצוני ביותר מבין ארבעת כוכבי הלכת הפנימיים והארציים של מערכת השמש, אך שעת הלילה של כוכב הלכת הייתה קר אפילו יותר אם מרקורי תשמור פנים אחת לתמיד כלפי השמש והשנייה באפלה תמידית. עד שתצפיות מכ"ם על בסיס כדור הארץ הוכיחו אחרת בשנות השישים, האסטרונומים האמינו זה מכבר שכך יהיה הדבר, שאחריו אם הסיבוב של מרקורי יהיה סינכרוני - כלומר, אם תקופת הסיבוב שלו זהה לתקופת המהפכה שלה, 88 יום. משקיפים טלסקופיים, שהוגבלו לצפייה במכסי כספית מעת לעת בתנאים המוכתבים על ידי המרחק הזוויתי של מרקורי מהשמש, הוטעו במסקנה כי ראייתם של אותם תכונות בקושי ניתן להבחין על פני מרקורי בכל אירוע צפייה, העידה על סיבוב סינכרוני. מחקרי הרדאר חשפו שתקופת הסיבוב של 58.6 יום של כדור הארץ אינה שונה רק מתקופת מסלולו אלא גם בדיוק שני שלישים ממנו.
האקסצנטריות האורביטאלית של מרקורי וגאות השפל החזקות - עיוותים המועלים בגוף כדור הארץ על ידי משיכת הכבידה של השמש - מסבירים ככל הנראה מדוע כוכב הלכת מסתובב שלוש פעמים בכל פעמיים שהוא מקיף את השמש. ככל הנראה, מרקורי הסתובב מהר יותר עם התהוותו, אך הוא הופעל על ידי כוחות הגאות והשפל. במקום להאט למצב של סיבוב סינכרוני, כפי שקרה ללוויינים פלנטריים רבים, כולל ירח כדור הארץ, מרקורי נלכד בקצב הסיבוב של 58.6 יום. בקצב זה השמש מושכת שוב ושוב ובמיוחד בחוזקה על התפיחות המושררות בזמן בקרום מרקורי לעבר העמודים החמים. הסיכוי ללכוד את הסחרור בתקופה של 58.6 יום הועלה מאוד על ידי חיכוך גאות ושפל בין המעטפת המוצקה והליבה המותכת של הכוכב הצעיר.
