표면 지질학
전체적으로 수성 표면은 달에 있는 바다와 유사한 평원과, 수십억 년 동안 활동하지 않는 큰 충돌구가 있습니다. 지금까지 알려진 수성 지질에 관한 정보는 매리너 10호와 지상에서 관측하여 알려진 것입니다. 특히, 최근 메신저의 탐사로 정보량이 더 증가했습니다. 한 예로, 그릇 형태로 된 퍼진 충돌구가 발견되었는데, 과학자들은 이를 "거미(the spider)"라고 부릅니다.
수성 표면은 울퉁불퉁하기 때문에 지역마다 알베도가 다릅니다. 특히, 수성은 링클 리지외에도, 고원, 산, 평원, 절벽, 계곡 등 여러 지형이 존재합니다.
46억 년 전부터 38억 년 전까지, 수성 표면에 혜성과 소행성이 충돌하는 기간이 있었는데, 이 기간을 후기 대폭격기라고 합니다. 이 기간 동안에는 수성은 전체적으로 폭격을 받아 충돌구가 급격히 늘어났습니다. 이는 지구와 달리 수성은 대기가 희박하기 때문에, 충돌체의 속도가 감소하지 않았기 때문입니다. 또, 이 시기에는 화산 활동도 활발했습니다. (칼로리스 분지는 마그마로 가득 차 있었습니다)
충돌 분지와 충돌구
칼로리스 분지는 태양계에서 가장 큰 충돌 지형 중 하나입니다.
수성의 충돌구는 작은 그릇 형태 구멍부터 수 천 km에 달하는 충돌 분지까지 매우 다양합니다. 또한, 생성되지 얼마 되지 않은 충돌구에서부터 이미 크게 풍화된 충돌구에 이르기까지 각 상태도 다양합니다. 수성과 달의 충돌구는 서로 미묘하게 다른데, 달 충돌구는 수성보다 분출물이 적다는 점입니다. 이런 점에서 수성 표면 중력은 달보다 강하다는 것을 짐작할 수 있습니다.
수성 표면에서 가장 큰 충돌구는 직경 1,550 km 되는 칼로리스 분지입니다. 칼로리스 분지에 가해진 충격은 매우 강해서 용암이 분출하고, 높이 2km인 동심원 형태 고리가 충돌구를 둘러싼 형태로 퍼져나갔습니다. 또, 분지 반대편에는 "기묘한 지역(Weird Terrain)"이라 불리는 언덕 형태의 독특한 지형이 있습니다. 이 지형에 대한 2 가지 가설이 있습니다. 분지에서 일어난 충돌로 인한 충격파가 "기묘한 지역" 부근을 쓸고 지나간 결과, 표면에 강한 힘이 가해져 생성되었다는 설과 충돌로 인한 분출물이 그곳으로만 집중되어 생성됐다는 설이 있습니다.
수성의 부분 사진에서 충돌 분지 15개 확인되었습니다. 주목할 만한 분지는 폭 400 km의 톨스토이 분지입니다. 베토벤 분지는 분출물 덮개와 비슷한 크기이며, 폭은 625 km입니다. 특히, 수성의 표면은 태양풍과 미세 유성우로 인한 우주 풍화가 일어날 수 있는 환경입니다.
평원
지질학적 관점에서 보았을 때, 수성에는 평원 2개가 존재합니다.
충돌구 중간중간에 있는 완만한 경사, 구릉 형태로 된 평원은 수성에서 볼 수 있는 가장 오래된 지형입니다. 이런 평원은 먼저 있었던 충돌구가 사라졌을 때 형성됩니다. 이는 직경 30 km 이하인 충돌구는 소수라는 증거가 됩니다. 그러나, 화산 활동으로 평원이 형성됐는지 혹은 충돌로 평원이 형성됐는지 명확하지는 않습니다. 하지만 확실한 것은 평원은 행성 전체에 걸쳐서 균일하게 분포한다는 점입니다.
"매끄러운 평지(smooth plain)"는 다양한 크기의 함 몰지가 존재하며, 달의 바다와 많은 유사성을 띠는 곳입니다. 특히, 주목할 만한 점은 칼로리스 분지를 둘러싸고 있는 넓은 고리입니다. 달의 바다와 달리, 수성의 "매끄러운 평지"는 모두 알베도가 같습니다. 이 점은 화산 활동 흔적은 많지 않아도 화산 활동이 활발하게 이루어졌다는 사실을 강하게 뒷받침합니다. 수성의 "매끄러운 평지"는 칼로리스 분지가 형성된 후에 형성됐습니다. 이 사실은 칼로리스 분출물 덮개의 밀도보다 낮은 충돌구가 증거가 됩니다. 평지에 덮인 칼로리스 분지의 층(層)은 지질학적으로 보았을 때 산맥 형태와 다각형 형태로 균열이 갔습니다. 그러나 이 역시 충돌로 용암이 분출한 것인지, 충돌로 녹은 것인지는 확실하지 않습니다.
행성 표면의 독특한 지형 가운데 하나는 수많은 압축된 층 또는 절벽입니다. 행성 내부가 냉각되고, 표면은 수축하면서, 이런 지형이 만들어진 것으로 추측됩니다. 이런 층은 다른 지형 최상부에서도 볼 수 있습니다. 수성의 표면은 강한 조석 융기로 인하여 구부러졌습니다.
수성 평균 온도는 452.5K입니다. 그러나 일반적인 기온은 100 K - 700K로 극단적입니다. 이는 대기가 거의 존재하지 않고 적도와 극의 온도 차가 크기 때문입니다. 수성의 태양 직하점의 온도는 원일점에 있을 때는 550K이며, 근일점에 있을 때는 700K까지 상승합니다. 반면, 밤인 쪽 평균 온도는 110K입니다. 수성 표면에서 태양빛의 세기는 태양 상수가 지구의 태양 상수보다 4.59 - 10.61배 크기 때문에 매우 강합니다.
이렇게 표면 온도가 높지만 수성을 관측하면 얼음이 존재한다는 것을 알 수 있습니다. 왜냐하면 극의 깊숙한 곳에 있는 분화구는 직접적으로 태양빛을 받지 않아, 온도가 102 K 아래로 내려가기 때문입니다.
얼음은 레이더를 잘 반사시키는 특징이 있습니다. 1990년대 초반, 과학자들은 골드스톤 복합 단지의 70 m 망원경과 VLA을 이용하여 극 근처를 관측하다가 높은 알베도를 갖는 곳을 발견했습니다. 얼음은 알베도가 높은 지역에서 존재하는 것이 이상하지는 않지만, 천문학자들은 위의 사실을 대부분 그럴듯하다고 수긍합니다.
얼음으로 덮인 지역은 1014–1015 kg 상당의 얼음이 있을 것으로 추정되며, 표토층으로 덮여있을 것이라고 추측됩니다. 비교해 보면, 지구의 남극에는 4 × 1018 kg, 화성 남극관에는 1016 kg 상당의 얼음이 존재합니다. 얼음의 기원은 아직 밝혀지지 않았지만, 두 가지 설이 유력하게 제기되고 있습니다. 하나는 행성 내부의 물이 기화했다는 설이고, 다른 하나는 혜성과 충돌하여 얼음이 퇴적되었다는 설입니다.