盡管日全食出現(xiàn)在各種媒體上的頻率并不比某些明星的曝光率低，但對生活在某一固定地點的我們而言，要想一睹它的風(fēng)采，無疑比見到那些明星困難得多，因為即便在全球范圍內(nèi)看，日全食每年最多也只上演一兩次，而且那動人心魄的精彩“演出”總是轉(zhuǎn)瞬即逝，短暫得令人扼腕。

　　不過，日全食雖然看上去似乎難以捉摸，但由于地球繞太陽和月亮繞地球的公轉(zhuǎn)運動都有一定的規(guī)律，因此日食和月食的發(fā)生必然也具有規(guī)律性，日全食當(dāng)然不會例外。早在5000多年前，我們的先輩就發(fā)現(xiàn)了日月食的某些規(guī)律。如果我們仔細(xì)查看本雜志附錄中的日食表，就會發(fā)現(xiàn)日食的發(fā)生也是有周期的，其中最著名的就是“沙羅周期”。

　　沙羅周期

　　古代的巴比倫人根據(jù)對日食的長期觀測，發(fā)現(xiàn)日食的發(fā)生有一個223個朔望月的周期。這個223個朔望月（相當(dāng)于18年11.3日或18年10.3日（如果有5個閏年））的周期被稱為“沙羅周期”，“沙羅”（Salo）一詞在拉丁語里就是重復(fù)的意思。在這段時間內(nèi)，太陽、月亮和黃白交點的相對位置在經(jīng)常改變著，而經(jīng)過一個沙羅周期之后，太陽、月亮、地球的相對位置又回復(fù)到和原來幾乎相同的位置上，因此地球上就會看到和上次相類似的日、月食。注意，沙羅周期并不是指兩次日食之間的平均時間間隔，而是發(fā)生兩次“類似”的日食的時間間隔，例如2002年12月4日大西洋、非洲南部、印度洋、澳洲等部分地區(qū)發(fā)生了一次日全食，全食持續(xù)時間是2分3秒，一個沙羅周期后（2020年12月15日），太平洋、南美洲南部、大西洋等地的部分地區(qū)發(fā)生日全食，持續(xù)時間為2分9秒，與上次幾乎相同。而從2002年12月至2020年12月這段時間內(nèi)，還會發(fā)生11次日全食，但是它們與這兩次不屬于一個沙羅周期。平均而言，每個沙羅周期內(nèi)發(fā)生大約71次日、月食，包括日食43次（全食、環(huán)食、全環(huán)食），月食28次。

　　沙羅周期之所以會存在，其根本原因是地球繞太陽、月亮繞地球的運動具有一定的規(guī)律性。在深入理解沙羅周期之前，讓我們先來熟悉幾個天文學(xué)上的基本概念。

　　黃道與白道我們知道，月亮在圍繞地球運動（軌道是個橢圓），周期為一個月；地球同時又在圍繞太陽運動（軌道也是個橢圓），周期為一年。天文學(xué)上把月亮的繞地球運動軌道面稱為“白道”，把地球繞太陽運動的軌道面稱為“黃道”。白道與黃道并不在同一個平面上，它們之間存在一個交角，平均為5°09′。我們站在地球上觀測，總是以自己為中心，因此在我們看來，黃道也就是太陽一年內(nèi)在天空中走過的軌跡，白道則是月亮一個月內(nèi)在天空中走過的軌跡。以地球為天球的中心，黃道與白道其實就是天球上的兩個大圓，它們有兩個交點，稱為“黃白交點”。只有當(dāng)太陽、月亮都運行到黃白交點的附近時，才有可能發(fā)生遮擋，形成日食或月食。

　　望和朔“朔”就是月亮位于地球和太陽之間（不一定在同一條直線上）的時刻，通常發(fā)生于農(nóng)歷的十五；“望”就是地球位于太陽和月亮之間的時刻（不一定在同一條直線上），通常發(fā)生于農(nóng)歷的初一。

　　朔望月月相變化的周期，也就是從朔到朔或從望到望的時間，叫做朔望月。朔望月的長度并不是固定的，有時長達(dá)29天19小時多，有時僅為29天6小時多，它的平均長度為29.530588天。

　　交點月交點月是指月球在天球上連續(xù)兩次經(jīng)過同一黃白交點的時間間隔。其平均長度為27.21222日。它對于日月食周期推算有重要意義。

　　交點年太陽從一個黃白交點經(jīng)過到回到這個交點所需的時間，稱為交點年，其長度為346.62003天。由于黃白交點每月沿著黃道向西退行移約1.6°，所以交點年短于我們平時所說的公歷年（即365天）。

　　現(xiàn)在，我們來看日食發(fā)生的條件：日食只可能在朔日發(fā)生，而且太陽、月亮必須差不多位于一條直線上，換句話說，發(fā)生日食時，太陽、月亮都必須位于黃白交點附近。如果某天發(fā)生了日食，那天必定是朔日（正月初一左右），并且太陽、月亮都位于黃白交點附近，例如2008年8月1日將發(fā)生日全食，那天正是農(nóng)歷初一，黃白交點在巨蟹座，而且太陽、月亮也在巨蟹座。

　　假設(shè)再過n天后，太陽、月亮又運行到了幾乎與此完全相同的位置（即黃白交點、月亮、太陽又都回到巨蟹座），那么在地球上看來必將發(fā)生與此類似的日食。顯然，這個n天應(yīng)該是交點月、交點年、朔望月的長度的公倍數(shù)，經(jīng)過計算可以發(fā)現(xiàn)223個朔望月的長度與242個交點月、19個交點年的長度幾乎相等：

　　223個朔望月＝223×29.530588天＝6585.3211天

　　242個交點月＝242×27.21222天＝6585.3572天

　　19個交點年＝19×346.62003天＝6585.7806天

　　也就是說，n的最小值是6585.3211天左右，其實就是一個沙羅周期。這就是為什么會存在沙羅周期的緣由，現(xiàn)在我們不難理解為什么每經(jīng)歷一個沙羅周期，就會發(fā)生類似的日食（或月食）了，不過需要注意的是，這兩次日食的見食地點并不相同：2008年8月1日的日全食（持續(xù)時間2分27秒）發(fā)生在加拿大、北冰洋、俄羅斯和中國西北部；2026年8月13日的全食（持續(xù)時間為2分18秒），見食地點變成了北冰洋、格陵蘭、大西洋、歐洲極西部地區(qū)，這又是什么緣故呢？

　　沙羅周期后話

　　相隔一個沙羅周期的兩次日食，不僅見食地點并不相同，而且日食類型也不一定一樣。這有兩方面的原因。

　　其一，223個朔望月（6585.3211天）和19個交點年（即食年，6585.7806天）的長度并不完全相等，而是相差了0.4605天。因此第二次日食發(fā)生時，太陽在黃道上的位置和第一次并不相同，0.4605的時間里它大約運動了28′（記得太陽在黃道上自西向東運動，每年運行一周），也就是說此時的太陽比第一次日食時偏西28′，結(jié)果導(dǎo)致月影掃在地球上的位置和第一次相比也有了變化，將向北或向南移動（取決于第一次日食發(fā)生在兩個黃白交點的哪一點）。每經(jīng)歷一個沙羅周期，太陽就偏西27.2′，同時月影就向南或向北退行一些。直至太陽超出食限、月影離開地球，這個周期性的系列日食（稱為一個沙羅食系）就結(jié)束了，之后即使再過一個沙羅周期也不會有類似的日食發(fā)生了。目前共有12個不同的沙羅食系同時進(jìn)行著，2009年將在我國境內(nèi)上演的全食時間大約為7.5分鐘的日食，就屬于其中一個食系，分別曾在1937、1955、1973、1991出現(xiàn)過。而2008年8月1日的日食，屬于另一個不同的沙羅食系，曾在1954、1972、1990年出現(xiàn)過。當(dāng)然它們的見食地點都已不同了。

　　其二，每過一個沙羅周期，日食的見食地點除了上述的南北移動之外，還有東西方向（即經(jīng)度）的移動。這是因為一個沙羅周期的223個朔望月是6585.3211天，不是整數(shù)。舉例來說，假設(shè)有一次甲地發(fā)生了日食，經(jīng)過一個沙羅周期之后，將發(fā)生類似的日食，但是此時地球轉(zhuǎn)動了6585.3211圈，這次的見食地點就不再是甲地，而是與它相距0.3211個地球周長而且位置偏西的乙地（因為地球自轉(zhuǎn)方向是自西向東），易于算出乙地的經(jīng)度要比甲地偏西120度左右。再過一個沙羅周期，見食地又將西移120度。所以甲地要想再次看到類似的日食（也就是這個沙羅食系內(nèi)的日食），至少需在三個沙羅周期之后（54年34天）。但是由于月影在每個沙羅周期還有南北移動，三個沙羅周期后日食時的相對位置事實上不會返回甲地，必須經(jīng)過300～400年左右，甲地才能再次看到日食。