궤도와 회전
수성의 궤도 이심률은 0.21로 모든 행성들 중에서 가장 큽니다. 그 궤도는 태양에서 4,600만 km에서 7,000만 km까지 펼쳐져 있습니다. 이 궤도를 수성이 공전하는 데 걸리는 시간은 88일입니다. 위의 그림은 같은 긴반지름일 때 수성의 현 궤도와 원 궤도 일 때를 그린 그림입니다. 5 일 간격으로 표시되어 있으며 공전속도는 근일점 근처에서 훨씬 빠릅니다. 또한, 천구의 크기는 태양을 중심으로 변화합니다. 수성은 3:2의 비율로 궤도 공명이 이루어지는데, 이 때문에 표면 온도의 복잡한 변화가 생깁니다. 이 공명 현상으로 수성에서의 하루는 2 수성년(176 지구일)입니다.
위의 그림과 같이 수성 궤도는 지구 궤도에 대해서 7 °만큼 기울어져있습니다. 이 때문에, 수성 일면통과 현상은 황도가 지구와 태양 사이에 놓이고 수성이 지나갈 때 일어납니다.
기울어진 수성의 궤도
수성의 자전축 기울기는 0.027 °로 거의 0 °에 가깝습니다. 이는 두 번째로 작은 목성(3.1 °) 보다 훨씬 작은 수치이며, 수성 극점에 관측자가 있을 때, 태양이 지평선 위로 2.1 각분 이상 떠오르는 것을 볼 수 없다는 것을 의미합니다.
수성 표면에서 특정한 곳은 1 수성일 동안 관측자가 태양이 중간 정도 떠올라, 백야와 비슷한 현상을 볼 수 있습니다. 이는 근일점에 이르기 약 4일 전에는 수성의 공전 속도와 각속도가 같아지기 때문에 태양의 겉보기 운동이 멈추기 때문인데, 이때 태양은 역행하는 것처럼 보입니다. 근일점에 이르고 4일 후에는, 정상적인 태양의 겉보기 운동이 다시 지속됩니다.
예컨대 라이니스 크레이터(Rajnis Crater)에서처럼 서경 90도 또는 동경 90도 근처에서는, 태양의 역행을 볼 수 있는 때가 일출, 일몰 무렵입니다. 즉, 일출 무렵에 동쪽에서 해가 뜨다가 며칠간은 지는 것처럼 보이다가 순행하여 떠오릅니다. 그리고 일몰 무렵에 서쪽에서 해가 지다가 며칠간은 뜨는 것처럼 보이다가 방향을 바꾸어 다시 집니다.
궤도 공명
수성이 궤도를 1 바퀴 공전하는 동안, 1.5 바퀴 자전하기 때문에, 2 바퀴를 돌면 같은 반구면이 비칩니다.
수성은 조석 고정 상태이기 때문에, 달처럼 항상 태양과 같은 면을 마주하고 있습니다. 그러나 1965년, 레이다 관측으로 3번 자 전하는 동안 2번 공전하는 3:2 궤도 공명 효과를 받는 것이 증명되었습니다.
천문학자들이 처음에는 그 이유를 동시에 고정되었다고 생각했지만 수성이 관측하기 최적의 자리에 있을 때마다, 항상 궤도 공명이 이루어지는 곳 근처에 위치하여, 같은 면만 바라보는 것을 보고, 우연히, 수성의 자전 주기가 지구에 대한 회합 주기의 정확히 절반임을 알았습니다. 궤도 공명 현상으로 인해, 수성의 태양일은 176 일, 항성일은 58.7 일입니다.
이런 상태는 이심률이 클 경우에 더 일어날 가능성이 높기 때문에, 수성의 궤도 공명 이유를 설명하기 위한 좋은 방책입니다. 또, 수치적으로 시뮬레이트한 결과, 수성 궤도 이심률이 증가하면 목성과의 궤도 공명으로 수성이 금성과 앞으로 50억 년 안에 충돌할 것이라는 결과가 나왔습니다.
근일점 이동
수성의 궤도는 100년 당 대략 5600 각초만큼 근일점이 이동합니다. 뉴턴 역학에 따르면 이는 100년에 5557 각초여야 하는데, 20세기 초 일반 상대성 이론이 등장하기 전까지는 이 43 각초의 차이를 설명할 방법이 없었습니다.
그래서 1859년 프랑스 수학자이자 천문학자인 위르뱅 르베리에는 수성 궤도의 근일점 이동이 수성과 태양 사이 다른 행성의 중력 때문이라고 생각하고, 그 가상의 천체를 불칸이라고 명명했습니다. 르베리에는 천왕성 궤도의 섭동을 기초로 해왕성의 존재를 성공적으로 예측하였기 때문에, 천문학자들은 그 주장을 따라 새로운 행성을 찾으려고 시도했지만, 상대성 이론이 등장할 때까지 성공한 사람은 없었습니다.
수성의 관측
수성의 겉보기 등급은 -2.3 - 5.7 등급 사이로 변합니다. 이런 극단적인 변화는 천구 상에서 태양과 가까이 있을 때 일어납니다. 수성은 태양과 가까이 있어, 상대적으로 어둡기 때문에 관측하기 어렵습니다. 이 때문에, 아침이나 여명 무렵에 짧은 시간 동안만 관측할 수 있습니다. 한편, 허블 우주 망원경으로는 수성을 관측할 수 없습니다. 왜냐하면, 안전 상의 이유로 태양과 가까운 곳을 촬영하는 것을 막기 때문입니다. 메신저호와 메리 너 호 등등이 수성에 근접하였습니다.
달처럼, 수성, 역시 위상이 있는데, 내 합일 때는 "없고" 외합일 때는 "꽉 차" 있습니다. 하지만 달과는 다르게 이 때는 지구에서 볼 수 없는데, 이는 태양과 너무 가깝기 때문입니다. 상현과 하현 때의 위상은 각각 동방, 서방 최대이각에 이르렀을 때(17.9° - 27.8°) 일어납니다. 수성은 서방 최대이각에서는 일출 직전에 잠시 볼 수 있고, 동방 최대이각에서는 일몰 직후 잠시 볼 수 있습니다.
수성은 지구 북반구보다는 남반구에서 더 쉽게 관측 할 수 있습니다. 이는 남반구의 초가을에는 항상 서방 최대이각의 위치에 있고, 반대로, 늦겨울에는 항상 동방 최대이각에 위치하기 때문입니다. 양 쪽 경우 모두, 황도와 수성이 이루는 각이 최대이기 때문에 남반구 아르헨티나나 뉴질랜드 같은 온대 지역에 있는 나라에서는 태양이 뜨기 직전과 태양이 진 직후에 수성을 볼 수 있습니다. 반대로, 북반구의 온대 지역의 어두운 밤하늘에선 지평선 위로 조금밖에 떠오르지 않습니다. 수성은 다른 행성이나 밝은 별과 마찬가지로 일식 때도 관측할 수 있습니다.
수성은 보름달과 상현달의 중간 단계에 있을 때 가장 밝게 보입니다. 그 이유는, 이 모양일 때 수성은 초승달 모양일 때 보다 멀리 있지만, 밝은 면이 거리로 인한 밝기 감소를 압도하기 때문입니다.