在太阳系八大行星之中，水星距离太阳最近，它的自转与公转周期之间存在一种特别的现象，被称为“3:2轨道共振”，具体表现为，水星每自转三圈，刚好就围绕着太阳公转了两圈，而这样的现象，就使得水星上也像地球一样存在着昼夜交替（只不过昼夜周期要长得多）。
由于水星距离太阳很近，并且它几乎没有大气层，无法像地球一样通过大气层来调节温度，因此水星上的昼夜温度就很大，白天温度可高至428℃，而到了夜晚，温度又会急剧下降，最低可达-190℃。
有意思的是，尽管水星经历着如此极端的温度变化，它却储存了上千亿吨的水，不过这些水并不是液态的，而是以固态、也就是水冰的形式在水星的两极存在。
实际上，早在上世纪中叶，科学家就推测水星的两极可能会存在着水冰，这种推测基于水星自转轴的特殊性质——它几乎垂直于其公转轨道所在的平面，这就意味着，水星两极的那些陨石坑的底部，就是阳光始终照射不到的“永久阴影区”。
所以一个合理的推测就是，尽管水星表面大部分区域都在经历着极端的温度变化，但这些“永久阴影区”却是例外，由于阳光始终无法照射到，这些区域就可以一直保持极低的温度，可以轻松地将水星自身的、或者来自彗星或小行星撞击后遗留的水分冻结在这里。
随着雷达天文学的发展，到了上世纪90年代，科学家开始通过地面上的大型设备对水星进行雷达探测，在探测过程中，科学家注意到水星两极的一些异常现象。
通常情况下，水星表面反射回的雷达信号应该是比较弱的，因为它的表面大多是岩石和尘埃，然而在水星两极地区却存在着很多“亮斑”区域，科学家在这些区域中发现了异常强烈的雷达回波，这与我们在地球上观测到的极地冰盖的雷达信号非常相似。
尽管这些“亮斑”强烈地暗示了水星两极存在着大量水冰，但出于谨慎的考虑，科学家并没有就此下结论，毕竟除了水以外，其他的一些物质也可能造成类似的现象，而真正帮助科学家下结论的，则是来自“信使号”（MESSENGER）水星探测器的探测数据，该探测器发射于2004年，于2011年进入围绕水星的轨道，随后开始对水星表面进行详细的探测。
“信使号”首先利用激光高度计对水星表面的地形进行了精确测量，通过对两极地区的地形分析，科学家们发现，此前发现的“亮斑”所在区域，确实与水星两极的那些位于陨石坑的底部的“永久阴影区”重合。
在此之后，科学家通过“信使号”自身携带的中子光谱仪对这些“永久阴影区”中的物质成分进行了探测。
其原理简单来讲就是，当宇宙中的高能粒子（主要来自太阳）撞击水星表面时，会与水星表面的物质发生一系列的反应，进而释放出不同能量的中子，在这些中子中，能量较高的“快中子”会散射回太空，而由于水分子中的氢是一种有效的“中子吸收剂”，因此如果水星表面某个区域中存在大量水分子，那该区域中“快中子”数量就会明显降低。
探测结果表明，在水星两级的“永久阴影区”之中，“快中子”数量出现了显著减少，这就表明了，这些区域中确实储存了大量的水分子，在进一步的研究中，科学家还根据“信使号”传回的中子通量数据估算出，它们的总量至少有上千亿吨，而考虑到“永久阴影区”的低温环境，因此唯一合理的解释就是，它们以水冰的形式存在。
对于我们人类来讲，这可以说是一个好消息，可以想象的是，在不太遥远的未来，如果人类想要在水星上建造基地，那水星两极的这些“永久阴影区”无疑就是良好的选择。
因为这些区域除了可以让人类轻易地获取到大量水资源之外，其温度还非常稳定，这可以有效地避免人类基地的设备和设施直接暴露在水星严酷的昼夜温差之中，至于水星基地的能源来源，则可以直接使用太阳能，毕竟水星是距离太阳最近的行星，届时的人类只需要在“永久阴影区”的边缘外侧设置一些太阳能收集装置，就能够保证能量的供应。
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