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原理

日食一定發(fā)生在朔，即農歷初一當日 。此時月球位于地球和太陽之間時，但因地球軌道（黃道）與月球軌道（白道）成5°9′交角，故并非每次朔日皆有日食發(fā)生，而日食發(fā)生時，日月兩者皆一定在“黃白交點”（升交點或降交點）附近。

《說文》說“日食則朔，月食則望”，唐代詩人盧仝的詩句“望日食月月光滅，朔月掩日日光缺”，即講述月食發(fā)生于望，日食發(fā)生于朔的道理。

理論上日全食則只發(fā)生在月球的近地點。根據計算，月球的近地點與地球的遠日點同時發(fā)生時，地球能夠觀看日全食窗口的寬度約208公里，月球的近地點與地球的近日點發(fā)生時，地球能夠觀看全日食窗口的寬度約100公里。至于月球在遠地點時，地球每一個角落就都只能觀測到日環(huán)食或日偏食。

種類

 A 本影區(qū)出現(xiàn)日全食。B 偽本影區(qū)出現(xiàn)日環(huán)食。C 半影區(qū)出現(xiàn)日偏食

日全食 ：太陽比月球寬400倍，但離地球也是400倍遠。 由于對稱的緣故，月球的暗影，也就是落在地球表面的陰影，寬度正好可以遮住整個太陽。太陽光球完全被月亮遮住，原本明亮的太陽圓盤被黑色的月球陰影遮蓋。然而，也只有在日全食發(fā)生時才可能用肉眼觀測到模糊的日冕。日全食只在月球位于近地點時發(fā)生，此時月球的本影錐長度較月地之間距離長，本影錐才能掃到地球表面。由于太陽的實際體積比月球大很多，所以日全食通常只能在地球上一塊非常小的區(qū)域見到，因為月亮的本影對太陽來說只是一個小點。（在全食區(qū)之外，所見的食相是偏食）。最近一次日全食發(fā)生于2016年3月9日，下一次的日全食將發(fā)生于2017年8月21日。

日偏食 ：中國史書上稱“日有食之，不盡如勾”，造成日偏食的原因是因為觀測者落在月球的半影區(qū)中，觀測者會看見一部分的太陽被月球的陰影遮蓋，但另一部分仍繼續(xù)發(fā)光。太陽和月球只有部分重合，依據兩者中心的視距離遠近（太陽被月球遮蓋的最大直徑）來衡量食的大小。通常日偏食是伴隨著其他食相發(fā)生，如日全食或日環(huán)食或日全環(huán)食。但發(fā)生在極區(qū)的某些日食會是單純的日偏食（不伴隨其他食相），這是因為月球與黃道面的距離稍遠，只有半影碰到地球表面，最近一次不伴隨其他食相的日偏食發(fā)生于2015年9月13日，下一次的不伴隨其他食相的日偏食將發(fā)生于2018年2月15日。

日環(huán)食 ：當月球處于遠地點時，月球的本影錐不能到達地球；到達地球的是由本影錐延長出的偽本影錐。此時月球的視直徑略小于太陽。因此，這時太陽邊緣的光球仍可見，形成一環(huán)繞在月球陰影周圍的亮環(huán)。（在環(huán)食區(qū)之外，所見的食相是偏食）。最近一次日環(huán)食發(fā)生于2016年9月1日。

全環(huán)食 ：全環(huán)食只發(fā)生在地球表面與月球本影尖端非常接近，或月球與地球表面的距離和月本影的長度很接近的情形下。由于地球為球體之關系，而本影影錐接觸地球時為日全食（常為在食帶中間），在食帶兩端由于影錐未能接觸地球，致只能有偽本影到達地球之下，所看到的是日環(huán)食。所以，當全環(huán)食發(fā)生時，隨著地月之間的相對運動，會先后出現(xiàn)環(huán)食→全食→環(huán)食，當然，對于某一個具體的地點來說，在一次日食過程中是不會同時看到全食和環(huán)食的。全環(huán)食發(fā)生概率甚少，最近一次全環(huán)食發(fā)生于2013年11月3日，下一次的全環(huán)食將發(fā)生于2023年4月20日。

地球與太陽的距離約是地球與月球距離的四百倍，且太陽的直徑大小也約是月亮直徑大小的四百倍。在理論上，由于這兩個比例相當接近，我們由地球觀測太陽與月球時，兩者的大小應該大略相等，或著說他們的 視直徑 大約相等──差距應該局限在0.5弧度左右。然而，由于月球及地球的公轉軌道都大約是橢圓形，造成我們觀測而得的月亮及太陽大小不固定。

日全食和日環(huán)食在天文學中稱之為中心食，只要發(fā)生中心食，必然會發(fā)生日偏食。而當日出時，太陽已被食去（日食已經開始）時，當地發(fā)生 日出帶食 或 帶食日出 ，而日落時太陽還在被食（日食尚未結束）時則稱 帶食日落 或 日落帶食 。另外月食有半影月食，但日食沒有半影日食（是偏食）。

時間和周期

  日食發(fā)生時太陽、月球和地球的位置（不依照實際比例）

  1001年至2000年的日全食路徑，顯示地球各處都可以（有機會）看見日全食。這張圖是由50張NASA的日食路徑圖合并而成的 。

雖然平均每18個月地球就可以有些地區(qū)會發(fā)生日全食，但日全食仍是很罕見的 。據推算，在任何一個地點須平均要間隔370年才能看見一次日全食。因為月影向東移動的速度超過每小時1700公里，因此日全食在一個地點持續(xù)的時間只有幾分鐘。日全食持續(xù)的時間不會超過7分31秒，而一般都比較短：每一千年中超過7分鐘的日全食通常都少于10次。上次發(fā)生如此長的日全食是在1973年6月30日（7分3秒），利用協(xié)和式客機在日全食路徑的月球本影中飛行，將觀察日全食的時間延展到74分鐘。下一次超過7分鐘的日全食要到2150年6月25日才會發(fā)生。從公元前3000年至公元5000，這8,000年中，最長的日全食將發(fā)生在2186年7月16日，持續(xù)的時間為7分29秒。環(huán)食中，最長是1955年12月14日，是12分9秒。最短是2014年4月29日，是0.4秒。 做為比較，20世紀最長的日全食發(fā)生在1955年6月20日，持續(xù)了7分8秒。

如果知道一次日食的時間和地點，就有可能利用日食周期推測其他的 日食 。有兩個已知的周期是saros和inex。沙羅周期可能是最明和最精確的一個日食周期，依內克斯本身就不是個明確的周期，但是在日食周期的分類上非常有用。在一個沙羅序列完成后，新的序列會晚一個依內科斯周期才開始，它的名稱：in-ex，就是這樣來的。沙羅周期為6,585.3天（比18年略長一些），這意味著經過這個周期會發(fā)生幾乎相同的日食，但其中最顯著的差異是經度會偏移120度（由于0.3天的差），緯度也稍有變化。沙羅序列永遠以發(fā)生在地球極區(qū)的日偏食開始，然后經由一系列的日全食和日環(huán)食逐漸越過整個地球，并以日偏食在相對的另一個極區(qū)結束。沙羅序列的長度從1226年至1550年不等，序列中會發(fā)生69次至87次的食，其中大約40次至60次是中心食 。

每年日食的頻率

每年會發(fā)生2次至5次的日食，每個食季至少發(fā)生一次。自從1582年創(chuàng)始格歷之后，曾發(fā)生5次日食的年份有1693、1758、1805、1823、1870、和1935年，下次將出現(xiàn)在2206年。5次日食幾乎都是偏食 。

最后的日全食

因為偶然情況下組合的環(huán)境，地球上得以看見日食，甚至今天人類在地球上熟習的日食型式也是暫時的現(xiàn)象。在數億年之前，月球太靠近地球，以致只有如現(xiàn)今的日全食（沒有日環(huán)食）。而由于潮汐加速，月球環(huán)繞地球的軌道以每年增加3.8公分的速率遠離地球。估計在6億年之后，地球和月球的距離會增加23,500公里，這意味著，即使月球在近地點，地球在遠日點，月球仍不能完全遮蓋掉太陽的盤面 。因此，月球將會離地球太遠而不再發(fā)生日全食。

一個復雜的因素是太陽在這段期間的增加的大小，這樣就更導致月球不能引發(fā)日全食。

觀測與研究

  2008年8月1日日食過程，拍攝于俄羅斯新西伯利亞，拍攝時間間隔為三分鐘

日全食（全環(huán)食包含在此）的研究價值遠高于其他幾種日食，因為能完全掩蓋光球的強光，觀測日全食時，人們能直視色球層和日冕等太陽大氣，故觀測日全食是天文學家研究太陽大氣的大好時機。愛因斯坦關于太陽引力能使遠方背景恒星光線偏轉的預言就是通過對日全食的觀測得以進行驗證，但是由于理論推算的恒星角度偏差和由于實際觀測帶來的角度偏差在同一數量級，所以愛因斯坦的理論究竟是否被觀測驗證以及理論本身的真實性還在爭論之中；在日全食發(fā)生時，也是發(fā)現(xiàn)水內行星的機會，但到現(xiàn)在皆未能發(fā)現(xiàn)水內行星的存在。

 倍里珠

日食的計算涉及到太陽和月亮運動的準確性，因此古代許多天文學家用它來驗證自己的歷法。1969年還有人利用公元2年以前的25次日食記錄來計算地球自轉速率的長期變化。另在日月食中也發(fā)現(xiàn)了沙羅周期。

中國對日食的觀測

中國是世界上最早觀測日食的國家之一，從最早關于日食的文字記載至今已有四千多年。 記錄于夏代仲康時期（前2137年）的“書經日食”是世界上最早的日食記錄。

漢朝時京房發(fā)明以盆盛水觀測日食，從而避免直視太陽被日光灼傷危險。此后有用油代水進一步減輕日光灼傷。元朝郭守敬發(fā)明仰儀來測定日食時刻。

影響

日食的天文現(xiàn)象，對于人類有各式各樣的影響，這些影響不僅包括對實際自然環(huán)境的改變，也體現(xiàn)在了文化與思想當中。

思想文化

在歷史當中，將日食視為不吉祥征兆，是因為文明缺乏天文學知識或是資訊傳播上的落后，所產生的局限認知，歷史記載上的神話、民間上的傳說，認為是象征災難的降臨，而在日食時舉行救日行動之類的儀式。但在現(xiàn)代社會中，這層無科學角度的不合理解釋已逐漸為人們所拋棄（仍有部分國家地區(qū)的民眾聽信謠言），只被當作神話當中的日食故事，作為天文愛好者們互相傳遞的會心一笑之故事。

東亞方面

中國：將日食當作是上天的警告，認為是肇因于天狗食日，必須敲鑼打鼓趕走天狗，因此統(tǒng)治者對日食的觀測非常關心，《日食說》曰：“日者，太陽之精，人君之象。君道有虧，有陰所乘，故食。食者，陽不克也。”。據說在夏朝，羲和因為漏報了日食而被斬首 。也因此，中國保存了非常完整豐富的日食記錄，記作“日有食之”，最早可推至《詩經·小雅·十月》：“十月之交，朔月辛卯，日有食之，亦孔之丑”。據統(tǒng)計，不包括甲骨文中的日食記錄的話，春秋時期到清代同治十一年（前770年－1874年），有記載的日食共985次（錯誤有8次）?！洞呵铩酚涊d了36次日食 ，加上續(xù)經1次。有時還有所謂“日再旦”（天亮兩次）的記載。從《乙巳占》上的觀點，李淳風認為，發(fā)生日食，是天子失德的表現(xiàn)。日食一般應驗在君死、國亡上，更可以引起兵災、天下大亂、死亡、失地上面。發(fā)生災害的性質可以從天象的具體表現(xiàn)判斷出來。日食從上面開始出現(xiàn)，天子行政失誤；日食從旁邊開始出現(xiàn)，將內亂，有大兵起，有更立天子之兆；日食從地下面開始發(fā)生，是后妃或大臣自恣太、行為失律所致。

漢朝的中國學者張衡，卻針對日食和月食提出合理的科學解釋，并說明原理，詳見月食和張衡條目。但古時候在傳播資訊上的局限問題，不見得每個古人都知道。

日本地區(qū)：根據日本神話天照大神說，當日食發(fā)生之時，代表侍奉太陽神的巫女卑彌呼的靈力消失，會遭到邪馬臺國人民加以殺害。

西洋方面

北歐神話當中，蘇爾（Sol）是太陽的化身，當發(fā)生日食的時候，就表示追逐太陽的兇狼斯庫爾（Skoll）追上了蘇爾，這時候地上的人們就會敲鑼打鼓以嚇走天狼。

天災人禍

日食也會對地球環(huán)境乃至人類社會的運作產生一定的影響，以下是科學角度認知上的災害：

天災方面：造成能見度下降、氣溫降低（沙漠地區(qū)最為明顯）、濕度上升，對于交通運輸的生產作業(yè)、通信安全（定位衛(wèi)星斷訊）等，或是某些敏感的動植物會應日食產生不尋常的變化。因此在日食（尤其日全食）期間，受到影響的地區(qū)需要調整照明設備以維護交通安全。

人禍方面：根據歷史的事件紀錄分析，有發(fā)生過有心人士將日食當作時間點的指標，借由此引起國家、起義戰(zhàn)爭、奪取統(tǒng)治階級的生命等各種意圖的時機。在社會治安上，則會有人刻意散播不實謠言（或者是借由網絡等手法），造成民眾的迷信猜測和心理恐慌等帶來一定影響。

觀看

 2012年5月20日日環(huán)食期間的日偏食

在觀測日食時，不應當直接目視太陽，即使是在黃昏或日環(huán)食時，刺眼的太陽光（光球）也會引起視網膜破壞而影響視力 。如果要直視太陽，需使用保護措施，如專用于目視太陽觀測的濾光片（如巴德膜）、焊接用14號或以上的護目眼鏡。否則可以投影法觀看（如簡單的針孔照相機在紙上成像，或利用望遠鏡把太陽影像投影于白紙上）。以墨水倒影，隔著煙薰黑的玻璃、已的底片（含有銀的黑白底片除外）、太陽眼鏡、偏振光濾鏡等，因為不能過濾紅外線和紫外線，減光效果不佳，皆不安全。直接看很危險。1999年8月11日是20世紀觀看的人最多的。 使用日食眼鏡觀測60秒，需休息30秒以上再繼續(xù)觀測。

全食的五大階段

日全食觀測的全過程包括五大階段 ：

初虧：因月球自西向東繞地球公轉，當月球東沿相切于太陽西沿，日食正式開始，太陽開始出現(xiàn)虧損。

食既：月球繼續(xù)向東運行，當東沿相切于太陽東沿時，太陽完全被月球遮擋，光線完全被吞食，稱為食既。日全食開始。

食甚：當月球東移至中心與太陽中心重合的位置，日全食達到極點，稱為食甚。

生光：月球繼續(xù)東移，當西沿相切于太陽西沿，太陽開始露出，光芒開始重現(xiàn)，稱為生光。日全食結束。

復圓：生光后月球遮擋太陽越來越少，當月球西沿相切于太陽東沿，太陽圓盤形狀完全恢復，整個日食過程結束。

日食之最

下表列出于1900年至2100年最長和最短的日全食和日環(huán)食。

用途

日食的計算涉及到太陽和月亮運動的準確性，因此古代許多天文學家用它來驗證自己的歷法。1969年還有人利用公元2年以前的25次日食記錄來計算地球自轉速率的長期變化。另在日月食中也發(fā)現(xiàn)了沙羅周期。

在考古斷代中，根據歷史中的日食記載，可以幫助精確地確定歷史事件的具體時間，是十分可信的手段。

1919年天文學家亞瑟·愛丁頓利用日食時遮蔽強烈的太陽光線觀察星光被太陽引力扭曲而驗證相對論。

相關條目

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2015年3月20日日食

2015年9月13日日食

2016年3月9日日食

2016年9月1日日食

其他

食分

鉆石環(huán)

倍里珠

天再旦

沙羅周期

巴德膜

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