在廣袤無垠的宇宙中，有數萬億計的各種不同類型的天體，行星、恒星、星係……但是，除了人類生活居住的地球，太陽和月球是與我們關係最密切的兩個天體。太陽作為一顆恒星，每時每刻都在為我們提供著光和熱，她是地球生命的母親。月球是地球唯一的一顆天然衛星，在圍繞地球運動的同時，也在夜晚為我們照亮，引發了人類無盡的詩情畫意，同時為我們帶來了巨大的潮汐力。日、地、月三者間近乎完美的位置關係，也為人類奉獻了充滿神奇、精彩的日全食天象。下麵，我們就帶大家探究日食發生的原因，解開關於日食的一個個謎題。
一、日、地、月軌道運動關係
1.地球的公轉軌道
在太陽係裏，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星以及海王星，都在各自的橢圓軌道上繞太陽轉動（公轉）。其中地球到太陽的平均距離約為1.5億千米，這個長度在天文學中被稱為1個天文單位。地球繞太陽公轉一周所用的時間為365.2422天，就是我們通常所說的一年。地球繞太陽公轉的軌道是一個接近正圓的橢圓。太陽位於橢圓的一個焦點上。橢圓有半長軸、半短軸和半焦距等要素，分別用a、b、c表示，半焦距與半長軸和半短軸之間存在著這樣的關係：即c2=a2-b2
半焦距c與半長軸a的比值c/a，是橢圓的偏心率，用e表示，即e=c/a。
偏心率是橢圓形狀的一種定量表示，e的數值大於0而小於1。e越接近0，橢圓越接近圓形；反之，e的數值越大，橢圓就越扁。經過測定，地球軌道的半長軸a為14960萬千米，半短軸b為14958萬千米。根據這個數據計算出地球軌道的偏心率約為0.016。
可見，地球軌道是一個非常接近於圓形的橢圓。
由於地球軌道是橢圓形的，隨著地球的繞日公轉，日地之間的距離也會不斷發生變化。地球距離太陽最近的一點，即橢圓軌道的長軸距太陽較近的一端，稱為近日點。在近代，地球過近日點的日期大約在每年一月初，此時地球距太陽約為14710萬千米，通常稱為近日距。地球距離太陽最遠的一點，即橢圓軌道的長軸距太陽較遠的一端，稱為遠日點，在近代，地球過遠日點的日期大約在每年的7月初。此時地球距太陽約為15210萬千米，通常稱為遠日距。近日距和遠日距二者的平均值為14960萬千米，這就是日地平均距離，即1個天文單位。根據橢圓周長的計算公式：
L=2πα（1-0.25×e2）
我們可以計算出地球軌道的全長是9.4億千米。也就是說，我們的地球在以30千米/秒的速度繞太陽公轉。不識廬山真麵目，隻緣身在此山中，處於地球上的觀測者，是無法感受到自身如此的快速運動。人們能觀察到的，僅僅是太陽每年相對於恒星背景運動一周，劃出一個大圓。這個大圓，就是地球繞太陽公轉的軌道，在天文學中我們習慣把它稱之為太陽周年視運動軌跡，簡稱黃道。
2.太陽周年視運動是怎麼回事
為了說明太陽的周年視運動，我們用一個動點與一個定點的關係來進行分析。
假如，動點A在繞定點B做逆時針的圓周運動，則在定點B看上去，A點的軌跡是一個圓形。若以動點A為參照係，則定點B的運動特征與A是完全相同的，即B點的運動軌跡也是圓形的，運動方向也是逆時針的。但是，A繞B的運動是一種真運動，而B繞A的運動則是一種視運動，它是A繞B運動的一種直觀反映。
上麵提到的動點A就像我們的地球，定點B則像太陽。地球繞太陽做橢圓轉動，但是作為地球上的觀測者，感受到的隻是太陽在繞地球做橢圓運動，這種運動就稱為太陽周年視運動。我們引入天球，這個以地球為球心任意半徑的假想球體來研究天體運動，那麼太陽周年視運動實際上就是地球公轉“真實運動”在天球上的反映。
3.地球的自轉
太陽係中的行星，除了周而複始地繞日公轉外，自轉也是一種非常普遍的運動形式，我們的地球也不例外。從北極點向下看，地球是在以穿越南北極的假想直線為軸逆時針自轉，這條軸線也被稱為地球自轉軸。自轉的平均角速度為7.292×10-5度／秒，在地球赤道上的自轉線速度達到465米／秒。人們對地球自轉最直觀的感受，就要數日月星辰的東升西落了。天空中的一顆恒星，連續兩次出現在同一位置的時間間隔為23小時56分4秒，這就是地球自轉的周期。恒星東升西落的速度約為每小時15°，就是說，我們在一個小時內看到天上的星星由東向西移動15°。
4.月球的公轉
與地球的公轉相比，月球繞地球公轉可以直接被我們觀測到，它相對恒星背景每天都自西向東移動13°左右，所劃出的軌跡就是它的公轉軌道，也就是我們通常所說的白道。公轉的周期為27.32166天。和地球繞太陽的運動類似，月球在繞地球公轉時二者的距離也並不固定。最近時月球距離我們差不多是36萬千米，最遠時能超過40萬千米，平均距離約為38萬千米。月球的質量約7350億億噸，相當於地球質量的1/81。如此大質量而又距離較近的兩個天體，它們之間的引力作用一定是巨大而又複雜的。由於月球繞地球公轉的軌道由多種因素決定，因此白道既不重合於天赤道（地球赤道在天球上投影出的大圓），也不平行於黃道麵。通過長期對月球位置的觀測，人們發現白道與黃道有一個5°09′的夾角。
5.月球也在自轉
月球在繞地球公轉的同時也在自轉，自轉周期為27.32166日，正好與公轉周期相同，所以我們看不見月球背麵。這種現象稱為“同步自轉”，這幾乎是衛星世界的普遍規律。
但由於月球自轉的“赤道麵”與公轉軌道平麵有一個6°41′的夾角，就會導致在月球運動過程中，地麵上某一點的觀測者多少還能看出月麵邊沿有前後的擺動。這一現象被稱為月球天平動，因此我們能看到大約60%的月球表麵，而非正好50%。