水星的直徑與大約 40 億年前相比，減小瞭約 14 公裡，水星的半徑在過去 40 億年裡收縮瞭近 7 公裡。
水星位於太陽系最內側，直徑大約 4880 公裡。一般認為，水星的中心核在冷卻過程中發生微小收縮，變形的地殼導致水星表面呈現出很多褶皺。研究小組通過模擬行星內部熱力變化等，推算出其直徑縮小幅度為 10 至 20 公裡。不過，通過分析美國航空航天局 ( NASA ) " 水手 10 號 " 探測器於 1975 年拍攝的水星地表圖，水星直徑的縮小幅度最大為 6 公裡。由於兩組數據有所差別，水星直徑縮小幅度成為一個謎。2004 年 NASA 發射的 " 信使號 " 探測器於 2011 年進入水星環繞軌道探測。該研究小組通過分析 " 信使號 " 發回的數據，計算水星地表整體的褶皺形成情況，最終得出其直徑縮小幅度最大為 14 公裡的結論。
水星巨大鐵核的冷卻使這個行星的直徑減少瞭 14 公裡，是以前預計的兩倍還多。" 當你看到實際的數字時，你會感覺，與一個行星的尺寸相比的確是很小。但它要產生影響並不需要很多改變，" 卡內基學會地磁學研究部門的行星科學傢保羅 · 伯恩說。科學傢研究瞭水星上的峭壁、紋脊等 5900 多項表面特征，以計算出水星到底縮小瞭多少。
地球有好幾層外殼，而水星就不同，隻有一層堅硬的巖石層，上面的峭壁和裂口能顯示出這個球體收縮的程度。測量工作是由美國航天局的環繞水星飛行的信使號太空飛船完成的，結果與電腦模型的預測相匹配，科學傢用這種方法來確定水星的內部構成、化學作用和結構。" 行星變化過程在很大程度上是由熱量損失推動的——這是促成行星演化的主要原因，" 伯恩說，" 我們一開始並不是要去驗證模型的準確性，不過結果顯示，數字恰好與模型 40 年來的預測相吻合。"
以前水星表面的地圖是上世紀 70 年代中期繪制的。美國航天局的水手 10 號探測器 3 次飛臨水星，繪制出瞭水星約 45% 的表面。當時的數據顯示，水星的直徑減少瞭 2 至 4 公裡，這一結果與科學傢的水星熱量損耗模型預測結果相左。這次的發現除瞭能更多地瞭解水星的演化過程，還對分析太陽系外行星的組成成分具有意義。" 也許可以把水星作為一個原始型來瞭解行星的演化以及它在冷卻過程中的變化，" 伯恩說。
這項研究的負責人、美國華盛頓卡內基學會的行星科學傢保羅 · 伯恩的團隊從 2011 年起就開始通過美國航天局信使號傳回的圖像對這顆距離太陽最近的行星表面的山脊和斷層進行研究。在信使號之前，人類對水星地形進行的拍照和測繪僅覆蓋瞭水星表面 45% 的面積。研究人員通過信使號傳回的覆蓋整個水星表面的信息重新計算瞭這顆行星發生的種種變化，從而得出新的計算結果 : 近 40 億年間，水星的半徑縮小瞭近 7 公裡。
在八大行星中，除地球外，水星的密度最大，其巨大的鐵核半徑達 2020 公裡。研究人員指出，在水星表面觀測到的褶皺，是其巖石圈的斷裂和變形導致的結果。早前的水星表面圖片顯示，盡管從誕生以來一直在冷卻，但這個巖石星球卻幾乎沒有收縮。對此，有關水星形成和演進的模型也不能提供很好的解釋。現在，來自華盛頓卡內基研究所的保羅 · K · 伯恩 ( Paul K. Byrne ) 和克裡斯蒂安 · 克裡姆紮克 ( Christian Klimczak ) 利用信使號傳來的高清晰度圖像和地形數據，繪制瞭一張全面的構造特征地圖。地圖揭示出，隨著冷卻的進行，水星也一直在收縮。
來自凱斯西儲大學的行星科學教授，同時也是論文共同作者的史蒂芬 · A · 豪克 ( Steven A. Hauck ) 說：" 通過信使號，我們獲得瞭整個星球的高解析度圖像，而且更關鍵的是，我們可以從另一個不同的角度來觀察水星的特征，這是 20 世紀 70 年代的‘水手十號’沒辦法做到的。" 水手十號是第一艘前往探測水星的宇宙飛船，在 1974 年和 1975 年，它通過飛掠的方式獲得瞭水星表面 45% 面積的圖像和數據。信使號探測衛星於 2004 年發射升空，2011 年插入水星軌道。目前信使號依然在采集科學數據，本月晚些時候，它將完成第 2900 個水星軌道周期。
水星表面與地球的不同之處在於，它的巖石圈——相當於地殼——是由單一板塊組成的，而不是由多個板塊拼成。為瞭弄清楚水星是否發生瞭收縮，研究者對其構造特征進行瞭觀察。這些構造包括瓣狀裂谷和皺脊等，其形成原因是內部冷卻和表面的壓縮。在水星表面上，這些構造的特征呈現為長度 8 到 885 公裡以上的長帶狀地形。
瓣狀裂谷是由於逆沖斷層穿破表面形成的高度可達 3 公裡以上的懸崖。相比之下，形成皺脊的斷層深度較淺。水星表面的物質在斷層的一邊堆積、層疊，形成瞭山脊。科學傢一共繪制瞭 5934 個這樣的地質構造。利用新獲得的數據，研究者觀察到瞭大量的斷層，並以此估計水星表面跨度的縮減，從而估算出水星半徑的減少值——大致在 4.6 到 7 公裡之間。史蒂芬 · 豪克說：" 比起用水手十號估算出來的 1 到 2 公裡，這一數值明顯大瞭很多。" 而且更重要的是，科學傢以水星內部產生熱量的主要元素——同樣由信使號探測得到——構建瞭模型，計算的結果也與地圖觀測的結果相符。
史蒂芬 · 豪克稱，關於水星表面地質構造的形成和分佈，有一個令人驚奇的巧合，即與早期對地球表面構造特征的解釋在很大程度上是一致的。這些解釋隨著板塊構造理論的出現而逐漸被人遺忘。到目前為止，地球仍然是已知唯一一個由多個板塊，而不是由單一板塊構成巖石圈的行星。新的發現將有助於理解行星冷卻的過程，包括其熱量活動、構造變化和火山歷史。通過觀察水星，科學傢不僅對太陽系行星有瞭更多的瞭解，也為研究其他恒星系統中的行星提供瞭借鑒。
