由于水星和地球的绕日运行轨道不在同一个平面上，而是有一个7度的倾角。二者只有两个交点:升交点与降交点。因此，只有水星处于轨道上的这两个交点附近，而日水地三者又恰好排成一条直线时，在地球上可以观察到太阳上有一个小黑斑在缓慢移动，这种现象称为水星凌日。
水星凌日原理
水星凌日（transitofMercury）发生的原理与日食相似。由于水星和地球的绕日运行轨道不在同一个平面上，而是有一个7度的倾角。二者只有两个交点:升交点与降交点。因此，只有水星处于轨道上的这两个交点附近，而日水地三者又恰好排成一条直线时，在地球上可以观察到太阳上有一个小黑斑在缓慢移动，这种现象称为水星凌日。小黑斑是由于水星挡住了太阳射向地球的一部分光而形成的。
地球每年5月8日前后经过水星轨道的降交点，每年11月10日前后又经过水星轨道的升交点。所以，水星凌日只能发生在这两个日期的前后。水星凌日发生在5月（降交点）比发生在11月（升交点）少得多。
水星绕太阳运行的周期为88天，但是由于水星和地球的公转轨道存在一定的夹角，水星、太阳、地球很少会排列在一条直线上。因此这种水星凌日的天象每世纪只会出现13.4次。
水星凌日（TransitofMercury）是一种天文现象。当水星运行至地球和太阳之间，如果三者能够连成直线，便会产生水星凌日现象。观测时会发现一黑色小圆点横向穿过太阳圆面，黑色小圆点就是水星的投影。水星凌日发生在五月初或十一月初，平均每百年出现十三次水星凌日的现象。发生的水星凌日：2003年5月7日、2006年11月8日、2016年5月9日。
水星凌日如何形成
轨道与角度
当水星穿越地球与太阳之间的时候，就叫做水星凌日。由于水星仅88天就绕太阳一周，这种凌日的情形大约每四个月就有一次。但是又由于地球并不是静止不动的，水星要超过地球花的时间实际上比88天要多。
水星恰好在地球与太阳之间的位置，叫做低位交汇点。那么我们为什么100年才能看到13次水星凌日呢？主要是因为水星的轨道是倾斜的，并未和地球的轨道在同一个平面上（地球围绕太阳运转的轨道也被成为黄道圈）。水星的轨道与黄道圈倾斜大约7度。在我们看来，这个倾斜度可能不算什么。但是，要知道太阳系是多么浩淼的空间和距离，这就使得水星经常从地球和太阳之间的上方或下方掠过。（太阳和地球之间的距离被成为“天文单位”--A.U.，有149,597,870.3公里）水星如果躲在太阳的后面，和地球又同在一条线上，被成为高位交汇点。同样，水星也不会正好处在太阳的后面，要么从上，要么从下，掠过太阳。利用SOHO卫星就可以观测到这种现象，从上面这个动画，你可以看到水星如何在两周的时间内从右侧运动到左侧。在这个动画当中我们还可以看到几次猛烈的爆炸，那是气体从太阳分离出来。这些图片是用SOHO卫星上的观测仪器--LASCO拍摄到的。
水星凌日节点
那么到底水星凌日何时发生呢？每当水星在低位交汇点靠近黄道圈时，被称为“穿越轨道节点”。根据水星朝南运动还是朝北运动，分成上升节点和下降节点两种。当水星和地球处于AA位置时，就会发生水星凌日现象。这是，水星穿过下降节点，处于低位交汇点。
当两个星球处于BB位置时，从地球上看，水星会从太阳的下面穿越。尽管水星也处于低位交汇点，但是它离黄道圈很远。在上图，我们还可以看到高位交汇点的情况。由于水星处在太阳的后面，就不会发生水星凌日现象，但是水星可以被太阳隐藏。
人们也会看到金星凌日的现象，但是黄道圈和金星轨道的倾斜角度是3°23'。在5月7日的水星凌日中，水星从黄道圈的北部向南，朝着下降节点运动。这种情形和日全食的情形相同，只不过处于轨道节点的是月亮而已，主要的不同在于月亮围着地球转，而不是太阳。
水星凌日观察方法
观察水星凌日必须借助望远镜。它与观察太阳黑子的方法相似。通常有两种方法：一是投影法。通过望远镜，把太阳投影到一张白纸上进行观察。二是目视法。在望远镜的物镜（前方）装上滤光镜，再进行观察。
如何选购双筒望远镜？一是口径（物镜）越大越好，物镜（前镜）直径70毫米的较理想；二是选购多层镀膜的物镜，通常镀绿膜、蓝膜的较好，镀红膜的最差。需要着重指出的是，观察水星凌日，千万不能用肉眼直接看太阳，要注意保护眼睛。
2006年11月8日左右水星穿越内合(inferiorconjunction)，内合是指水星位于太阳和地球之间的一个点。通常情况下，我们在内合期间看不到这颗距离阳最近的行星。但这一次，水星穿越将会产生令人惊叹的天文现象：当水星的轮廓缓缓移过太阳盘面时，我们用小型望远镜便能看到此次天文奇观。天文学家将这种天文事件称为是“凌日”。
水星凌日是相当罕见的天文奇观。我们从地球上只能看到金星和水星凌日。这是水星在21世纪第二次上演凌日奇观。本世纪水星将14次穿越太阳盘面。从北美西海岸(包括阿拉斯加州中部和南部)、夏威夷、新西兰到澳大利亚东海岸，都可以清楚地看到此次水星凌日全过程。澳大利亚和新西兰的天文爱好者可以在2006年11月9日清晨看到这一奇观。
在美国，从爱达荷州北部到德克萨斯州最西端沿线以东地区的居民能看到水星凌日的开始阶段，但在水星移出太阳盘面前，日落将干扰他们观看凌日的视线。水星的小盘面将于美国东部时间下午2时12分(太平洋时间上午11时12分)开始向太阳盘面移动，两分钟后将完全遮住太阳盘面。届时，我们将会看到水星化作一个小黑点，在太阳左下方缓缓移动，黑点相当于太阳直径的1/194。随后，水星便会到达太阳盘面的右侧(西边)。接着，从太平洋标准时间下午4时零8分开始，水星将会用时两分钟完全移出太阳盘面。在凌日结束前太阳落山的东部地区，最佳观测地点应该是正西方以南地平线偏低的地区。另外，切记提前一两天检查太阳落山地点，以避免树木和建筑届时挡住视线。
水星凌日特点
水星是地球的内行星，直径为4878千米。2003年水星凌日有三大特点：
水星凌日特点一
水星距离地球只有8415万千米，比发生在11月的水星凌日近1737万千米。
水星凌日特点二
水星视直径为12角秒，比发生在11月的水星凌日大五分之一。
水星凌日特点三
视直径，水星与太阳相比，为1比158；而11月的水星凌日，为1比193。因此，无论是观察还是拍摄水星凌日，2003年都是不可多得的良机。
水星凌日过程
水星凌日发生在5月（降交点）比发生在11月（升交点）少得多。一生中能在5月看到两次水星凌日的人，凤毛麟角。广东虽然有几千万人，但至今还没有发现有人在5月看过两次水星凌日。
未来五次5月的水星凌日将发生在2016年5月9日，2049年5月7日，2062年5月11日，2095年5月9日，2108年5月12日。中国如要下次在5月看到水星凌日的全过程，就要等到2108年5月12日。因为其余四次水星凌日都发生在夜间，中国不能看到或不能看到全过程。因此，2003年5月7日的水星凌日，不可错过。错过就要等105年。
2003年5月7日的水星凌日，凌始在13时13分，水星刚好接触日面；凌甚在15时51分，水星与日面中心相距最近,凌终在18时30分，水星恰好脱离日面。全程历时5小时17分钟。这天，广州日落为18时57分。所以，广州可观测到水星凌日的全过程。
水星在太阳附近神出鬼没，就是专业天文学家也难得一见。水星在八大行星中距离太阳最近，其距离只有5790万千米。因为距离太阳太近，从地球上看，水星常被淹没于太阳的光辉里，这使得人们很难一睹其容颜。只有当水星与太阳的角距离最大，即“大距”时，水星才易被人们观测到。
和水星的“大距”相比，水星凌日则更是观赏水星背影的难得机遇。水星凌日的原理与日食相同，日食是当月球走到太阳与地球中间，将太阳遮住的现象。水星凌日是水星走到太阳与地球中间出现的现象。但由于水星比月球离开地球要远得多，看上去只是太阳圆面上一个很小的黑点，别看她小，这个黑点却是一颗近5000公里直径的星球。
观测者应选择东面开阔的地点，还需天气晴朗。这次水星凌日在中国东部观测比中西部有利，但即使东部也只能观测到水星凌日的下半场演出。
据了解，水星虽然以“水”冠名，但实际上表面并没有水，这颗星球表面也有高山平原，但最特色的风光是星罗棋布的环形山，其中有以李白、曹雪芹等15位中国名人命名的环形山。凌日时，水星离地球近1亿公里。
水星凌日观测历史
在人类历史上，第一次预告水星凌日是“行星运动三大定律”的发现者，德国天文学家开普勒（1571至1630年）。他在1629年预言：1631年11月7日将发生稀奇天象——水星凌日。当日，法国天文学家加桑迪在巴黎亲眼目睹到有个小黑点（水星）在日面上由东向西徐徐移动。从1631年至2003年，共出现50次水星凌日，其中，发生在11月的有35次，发生在5月的仅有15次。
在望远镜发明之前，水星凌日是无法观看的。法国天文学家皮耳-伽桑狄于1631年首次发现这一现象,他的观测结果随后被证明可以用于测量太阳系之间的大尺度距离，包括日地距离等。
在水星凌日发生时，我们可以看到水星像一个小黑点一样从太阳表面慢慢爬过。想要观看水星凌日必须注意要在望远镜上安装防太阳辐射镜，或者将观测图像传至显示屏上观看，否则会对视力会造成严重伤害。在此次水星凌日过程中，夏威夷大学天文学院将观测水星稀薄大气中的钠含量。此外，来自日本、美国、欧洲等国家的多个航天器将进行全程追踪。
人类历史上唯一一次向水星发射飞船是在1974至1975年。美国的“水星信使”号探测器将在2009年抵达水星。