Sao Thủy
Lịch sử quan sát > Nghiên cứu qua kính thiên văn trên mặt đất

Quan sát bầu trời bằng kính thiên văn đầu tiên do Galileo Galilei thực hiện và ông cũng là người đầu tiên quan sát Sao Thủy vào thập niên 1610. Mặc dù ông đã nhận ra các pha trên Sao Kim lúc đó, nhưng kính thiên văn của ông không đủ mạnh để nhận ra hiện tượng này trên Sao Thủy. Năm 1631 Pierre Gassendi là người đầu tiên dùng kính thiên văn quan sát hiện tượng đi qua đĩa Mặt Trời của hành tinh do Johannes Kepler tiên đoán. Năm 1639 Giovanni Battista Zupi phát hiện ra Sao Thủy cũng trải qua các pha giống như pha Mặt Trăng và Sao Kim. Những quan sát này củng cố thêm bằng chứng Sao Thủy quay quanh Mặt Trời.
Một hiện tượng hiếm gặp trong thiên văn đó là một hành tinh che khuất một hành tinh khác khi nhìn từ Trái Đất. Sao Thủy và Sao Kim che khuất lẫn nhau cách thời điểm vài thế kỷ, và sự kiện này xảy ra vào ngày 28 tháng 3 năm 1737, là một sự kiện duy nhất trong lịch sử cho đến nay được quan sát bởi nhà thiên văn John Bevis ở Đài quan sát Hoàng gia Greenwich. Lần Sao Kim che khuất Sao Thủy tiếp theo xảy ra vào ngày 3 tháng 12 năm 2133.
Những khó khăn trong quan sát Sao Thủy cũng làm cho hành tinh này ít được nghiên cứu so với các hành tinh khác. Năm 1800 Johann Schröter cố gắng quan sát chi tiết bề mặt Thủy Tinh, và tuyên bố đã nhìn thấy một ngọn núi cao 20 km trên hành tinh. Friedrich Bessel sử dụng những bản đồ vẽ bề mặt của Schröter và ước lượng sai chu kỳ tự quay của nó bằng 24 giờ và độ nghiêng trục quay bằng 70°. Trong thập niên 1880, Giovanni Schiaparelli vẽ bản đồ chính xác hơn, và ông cho rằng chu kỳ tự quay của Sao Thủy bằng 88 ngày, bằng với chu kỳ quỹ đạo của nó, hay hành tinh bị khóa thủy triều. Hiện tượng này còn được biết đến là sự quay đồng bộ giống như trường hợp Mặt Trăng của Trái Đất. Nhà thiên văn Eugenios Antoniadi tiếp tục nỗ lực vẽ bản đồ chi tiết hành tinh, và ông xuất bản một cuốn sách năm 1934 với những bản đồ và kết quả quan sát do ông thực hiện. Nhiều đặc điểm trên Sao Thủy, đặc biệt là những vùng có suất phản chiếu mạnh, đã được Antoniadi đặt tên trong các bản đồ của ông.
Tháng 6 năm 1962, các nhà khoa học Liên Xô tại Viện Kỹ thuật vô tuyến và điện tử thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô do Vladimir Kotelnikov lãnh đạo là nhóm đầu tiên phát tín hiệu ra đa và thu tín hiệu phản xạ từ Sao Thủy, mở ra cách thức mới trong nghiên cứu hành tinh này. Ba năm sau, các nhà khoa học Hoa Kỳ Gordon Pettengill và R. Dyce sử dụng kính thiên văn vô tuyến đường kính 300 mét ở Đài quan sát Arecibo tại Puerto Rico đo được tốc độ tự quay thực của hành tinh bằng xấp xỉ 59 ngày. Cho đến thời điểm này đa số các nhà thiên văn đều đồng ý về sự quay đồng bộ của Sao Thủy, và phát hiện qua quan trắc vô tuyến của các nhà khoa học Mỹ là một điều ngạc nhiên đối với họ. Nếu Sao Thủy bị khóa thủy triều, bán cầu tối của nó phải cực lạnh, nhưng các đo lường qua bức xạ vô tuyến cho thấy bán cầu này nóng hơn rất nhiều như dự tính. Các nhà thiên văn học phải miễn cưỡng từ bỏ lý thuyết về sự quay đồng bộ và đề xuất ra một cơ chế khác để giải thích; như sự phân bố lại gió Mặt Trời trên hành tinh có thể giải thích tại sao nó lại có nhiệt độ cao ở bán cầu tối.
Nhà thiên văn học Italia Giuseppe Colombo nhận thấy chu kỳ tự quay bằng 2/3 chu kỳ quỹ đạo Sao Thủy, và đề xuất chu kỳ quỹ đạo và chu kỳ tự quay của hành tinh bị khóa theo tỷ số 3:2 hơn là tỷ số cộng hưởng 1:1 thường gặp. Data from Mariner 10 subsequently confirmed this view. Và như vậy các bản đồ của Schiaparelli và Antoniadi là thiếu chính xác. Quả vậy, họ đã nhìn thấy cùng một đặc điểm bề mặt trong mỗi giây trên quỹ đạo và ghi lại chúng như là một đặc điểm khác. Mặt khác tốc độ tự quay của Sao Thủy thực tế lại rất chậm, và bán cầu được chiếu sáng chậm thay đổi cũng như độ mạnh của ánh sáng Mặt Trời làm cho những quan sát trở nên kém tin cậy.
Những quan sát bằng kính thiên văn quang học không mang lại nhiều thông tin mới về Sao Thủy, nhưng sau đó các nhà thiên văn phát minh ra kỹ thuật quan sát vô tuyến áp dụng phương pháp giao thoa tại bước sóng vi ba, cho phép loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng Mặt Trời. Qua phép đo giao thoa vô tuyến, họ thu được những đặc trưng vật lý và hóa học trên bề mặt cũng như ở độ sâu dưới vài mét của Sao Thủy. Cho đến tận khi các tàu không gian tiến hành thăm dò Sao Thủy, nhiều tính chất cơ bản của hành tinh vẫn chưa bị tiết lộ. Những tiến bộ về công nghệ quang học gần đây đã nâng cao khả năng quan sát từ mặt đất. Năm 2000, những quan sát thực hiện bởi kính thiên văn 1,5 mét ở Đài quan sát núi Wilson may mắn phát hiện thêm một số đặc điểm bề mặt mà trước đó không được tàu Mariner 10 phát hiện. Các ảnh chụp sau đó chỉ ra tồn tại một bồn địa va chạm khổng lồ hai bờ vành lớn hơn cả Bồn địa Caloris trong bán cầu mà Mariner 10 không chụp ảnh. Nó được đặt tên không chính thức là Bồn địa Skinakas.
Kính thiên văn vô tuyến Arecibo cũng đã thực hiện vẽ bản đồ bề mặt và quan sát các hành tinh khác, với độ phân giải 5 km, bao gồm những khối băng trong bóng tối ở vùng cực mà có thể là băng nước.