先講個(gè)段子暖暖場(chǎng)。
話說十九世紀(jì)有個(gè)人類學(xué)家在叢林里考察，被食人生番捉住了，要被殺掉。他想到當(dāng)天晚上會(huì)發(fā)生月食，于是急中生智，說：你們不能殺我，你們殺我要觸怒天神的，今天晚上就讓月亮消失來警告你們。沒想到看押他的生番說：嗨，別傻了，我們就是要在月亮消失的時(shí)候殺掉你來祭天的。
自古以來日月食就是吸引人類注意力的天文事件，明晃晃的太陽(yáng)和月亮突然變暗乃至消失不見，這對(duì)人類心理上的震撼是無與倫比的。因此，能夠預(yù)測(cè)日月食，對(duì)任何文明都具有非常強(qiáng)烈的吸引力。
現(xiàn)在只要接受過完整的中等教育，理解日、月食的形成原理已經(jīng)不是什么大問題了。簡(jiǎn)單說，日食就是地球運(yùn)動(dòng)到月亮的影子里，月食就是月球運(yùn)動(dòng)到地球的影子里。
日食原理
位于A區(qū)的人看到的是日全食，C區(qū)看到的是日偏食，B區(qū)看到的是日環(huán)食
月食原理
月球部分進(jìn)入地球本影區(qū)是月偏食，全部進(jìn)入本影區(qū)的是月全食，
完全不進(jìn)入本影區(qū)而只進(jìn)入半影區(qū)時(shí)是半影月食
不過中學(xué)地理課本和地理老師一般不會(huì)講授日月食什么時(shí)候出現(xiàn)，以及出現(xiàn)的規(guī)律，更不會(huì)提“食限”、“食季”這樣的概念（所謂“超綱內(nèi)容”），這就造成大部分人對(duì)日、月食的理解處于一知半解的狀態(tài)，再加上現(xiàn)代傳媒發(fā)達(dá)，早早就有媒體提醒大家什么時(shí)候什么時(shí)候有日食或月食了，所以一般人更懶得去想了，反正有吃飽飯沒事干的天文學(xué)家去算嘛。當(dāng)然，精確的日月食數(shù)據(jù)需要天文學(xué)家計(jì)算，但并不代表預(yù)測(cè)日月食的知識(shí)就是非常高深、常人難以掌握的，不信你就往下看，我保證能讓你只用小學(xué)算術(shù)就可以預(yù)測(cè)下一次日月食的發(fā)生日期。
要想預(yù)測(cè)日月食，就必須先掌握日月食的出現(xiàn)規(guī)律。
每個(gè)農(nóng)歷月的初一（月相為“朔”），月亮都會(huì)從太陽(yáng)和地球中間經(jīng)過，其他日子，月亮離太陽(yáng)都遠(yuǎn)得很，因此日食必然發(fā)生在農(nóng)歷初一；同樣，月食必然發(fā)生在月相為“望”的日子（就是滿月那天，通常農(nóng)歷十五或十六，偶爾是農(nóng)歷十七）。但顯然并不是每個(gè)農(nóng)歷月的“朔”日（初一）都會(huì)發(fā)生日食，也不是每個(gè)月的“望”日都會(huì)發(fā)生月食。如果我們把每個(gè)農(nóng)歷月初一時(shí)日、月的位置記錄在星圖上，就能夠發(fā)現(xiàn)，大部分月份朔日時(shí)的月亮要么從太陽(yáng)上方經(jīng)過，要么從太陽(yáng)下方經(jīng)過，只有日食發(fā)生的那些月份，它才會(huì)恰好從太陽(yáng)前方經(jīng)過。
a圖為俯視圖，b圖為側(cè)視圖，當(dāng)月球從位置2通過太陽(yáng)和地球之間時(shí)就會(huì)發(fā)生日食，從位置1和3通過時(shí)就是平常的“朔” 來源：jeepxie.net
這個(gè)現(xiàn)象跟月亮的公轉(zhuǎn)軌道平面與地球的公轉(zhuǎn)軌道平面不一致有關(guān)。太陽(yáng)在天球上的運(yùn)行軌道叫黃道（嗯，就是黃道吉日那個(gè)黃道），現(xiàn)代天文學(xué)已經(jīng)知道，黃道其實(shí)是地球公轉(zhuǎn)軌道在天球上的投影；而月亮在天球上也有自己的軌道，叫做白道，白道就是月球繞地公轉(zhuǎn)軌道在天球上的投影。黃道和白道有個(gè)夾角，大約是5°9′（在4°57′～5°19′之間變化），同時(shí)也有兩個(gè)交點(diǎn)，分別稱為升交點(diǎn)和降交點(diǎn)，合稱“黃白交點(diǎn)”。黃白交點(diǎn)在黃道上的位置并不固定，而是逐月向西移動(dòng)（稱作“黃白交點(diǎn)退行”），大約18.6年在黃道上運(yùn)動(dòng)一周，平均一年移動(dòng)19.4°。
黃道白道示意圖，來源：互聯(lián)網(wǎng)
月亮每個(gè)農(nóng)歷月都會(huì)經(jīng)過黃白交點(diǎn)兩次，但只有當(dāng)太陽(yáng)走到黃白交點(diǎn)附近的時(shí)候，才有可能發(fā)生日食和月食，換句話說，日月食總是扎堆出現(xiàn)的，因此天文學(xué)家把每次太陽(yáng)靠近和離開黃白交點(diǎn)的這段時(shí)間稱做“食季”（eclipse season），太陽(yáng)每年要經(jīng)過兩次黃白交點(diǎn)（不考慮黃白交點(diǎn)退行的情況下），所以一年通常有兩個(gè)食季，這兩個(gè)食季相隔173.31天（不到半年時(shí)間）。
以2020年為例，第一個(gè)食季在6月20日前后，這個(gè)食季內(nèi)會(huì)發(fā)生兩次月食（6月5日、7月5日，均為半影月食）和一次日食（6月21日）；第二個(gè)食季在12月10日前后，這個(gè)食季會(huì)發(fā)生一次月食（11月30日，半影月食）和一次日食（12月14日）。
天文學(xué)家通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)太陽(yáng)距離黃白交點(diǎn)約18°（精確值是17°9’）以內(nèi)的時(shí)候，即有可能發(fā)生日食，而太陽(yáng)距離黃白交點(diǎn)約16°（精確值15°9’）以內(nèi)時(shí)，則只要月相為“朔”，當(dāng)日必定出現(xiàn)日食；同樣，太陽(yáng)距離黃白交點(diǎn)約12°（精確值11°9’）以內(nèi)時(shí)，就有可能發(fā)生月食，而太陽(yáng)距離黃白交點(diǎn)10°以內(nèi)時(shí)，只要遇上“望”月，必然發(fā)生月食。這些度數(shù)值分別被稱為日食食限和月食食限，統(tǒng)稱食限（ecliptic limit），之所以有大小變化，跟月球、太陽(yáng)到地球的距離變化有關(guān)。
日食食限示意圖
S代表太陽(yáng)，M代表月亮，太陽(yáng)沿黃道自西向東運(yùn)動(dòng)到S1時(shí)就有可能發(fā)生日食，一直到走到S2這段時(shí)間內(nèi)都有可能
由于太陽(yáng)在黃道上每天運(yùn)動(dòng)約1°，所以上述日食食限就意味著太陽(yáng)過黃白交點(diǎn)前后16~18天內(nèi)，只要遇上農(nóng)歷初一，就會(huì)發(fā)生日食；而上述月食食限也意味著太陽(yáng)過黃白交點(diǎn)前后10~12天內(nèi)，只要遇上滿月，也會(huì)發(fā)生月食。因此同一個(gè)食季又可以區(qū)分為日食食季和月食食季，日食食季通常有36天，比較長(zhǎng)，而月食食季則通常有24天。
掌握了上述理論知識(shí)，我們差不多就可以預(yù)測(cè)日月食會(huì)不會(huì)發(fā)生了，唯一的問題是，我們?cè)趺创_定太陽(yáng)哪天過黃白交點(diǎn)？
精確的太陽(yáng)過黃白交點(diǎn)時(shí)刻，當(dāng)然需要計(jì)算或者觀測(cè)或者查表。但我們要求不高，所以大可以估算一下。方法也很簡(jiǎn)單，而且有兩個(gè)。第一個(gè)方法，根據(jù)已知的太陽(yáng)過黃白交點(diǎn)日期，向后推延173.31天，就可以知道下一次太陽(yáng)過黃白交點(diǎn)的日期，依次類推；第二個(gè)方法更直觀一些：由于上面提到的黃白交點(diǎn)退行現(xiàn)象，下一年的食季會(huì)比今年的提前約19天，據(jù)此我們可以粗略估算下年的食季。舉個(gè)栗子，已知2020年兩個(gè)食季，分別在6月20日前后和12月10日前后，據(jù)此我們可以知道上一年（2019年）的最后一個(gè)食季在12月30日前后，而明年（2021年）的食季則會(huì)是在明年6月1日前后和11月21日前后。
現(xiàn)在已經(jīng)沒有什么可以阻擋我們預(yù)測(cè)下一次日月食了。我們只要翻出月歷本（手機(jī)上的萬年歷就可以），看看在這些日期前后十幾天里有沒有農(nóng)歷月初一和十五，就能知道會(huì)不會(huì)發(fā)生日月食。以明年的日月食預(yù)測(cè)為例，我們已經(jīng)知道明年第一個(gè)食季在6月1日前后，翻開萬年歷，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)5月26日是農(nóng)歷四月十五，而6月10日為農(nóng)歷五月初一，距離6月1日均在相應(yīng)食限之內(nèi)，所以我們推測(cè)一定會(huì)發(fā)生月食和日食；同樣，第二個(gè)食季為11月21日前后，看萬年歷可知11月19日為農(nóng)歷十月十五，12月4日為農(nóng)歷十一月初一，距離11月21日也均在對(duì)應(yīng)的食限之內(nèi)，所以我們也可以斷定會(huì)發(fā)生月食和日食。而事實(shí)上也確實(shí)如此：明年第一個(gè)食季發(fā)生一次月食（5月26日，月全食）和一次日食（6月10日，日環(huán)食），第二個(gè)食季同樣一次月食（11月19日，月偏食）一次日食（12月4日，日全食）。
2020年萬年歷截圖
當(dāng)然，我們用粗略估計(jì)的辦法只能知道哪天會(huì)不會(huì)發(fā)生日月食，更具體的日月食數(shù)據(jù)，例如食分、發(fā)生時(shí)刻、哪里能看到等等，就必須依賴專業(yè)人士計(jì)算了。但這已經(jīng)很了不起了，起碼穿越回三國(guó)時(shí)期已經(jīng)可以當(dāng)個(gè)學(xué)科帶頭人了。
通過我們剛才了解到的這些理論知識(shí)，我們還可以分析一下一年能見到多少次日月食。
我們已經(jīng)知道一個(gè)日食食季大約36天，而一個(gè)朔望月是29.53天，所以在一個(gè)日食食季內(nèi)月亮最少會(huì)經(jīng)過一次太陽(yáng)，這就意味著每個(gè)食季最少會(huì)有一次日食，從而每年至少會(huì)有兩次日食；而每個(gè)月食食季大約24天，在這24天內(nèi)完全有可能沒有滿月，那就不會(huì)有月食發(fā)生，所以很有可能全年沒有一次月食。當(dāng)然，這里說的月食是指月偏食和月全食，不包括半影月食。如果把半影月食也算成月食，那么每個(gè)月食食季至少會(huì)有一次半影月食，那樣的話一年也至少會(huì)有兩次月食（含半影月食），事實(shí)上其他天文科普文章里提到的所謂“全年看不到月食”的年份，例如2002年、2009年、2016年和2020年等，往往這一年會(huì)有三到四次半影月食。
2019年1月21日月全食，來源：維基百科
那么一年最多能看到幾次日食和月食呢？我們知道，一個(gè)回歸年是365.2422天，而從一個(gè)食季到下下個(gè)食季之間所謂的“食年”則只有173.31×2=346.62天，短于一個(gè)回歸年的長(zhǎng)度，這就意味著某一年可能會(huì)包含兩個(gè)完整的食季和一個(gè)不完整的食季（例如2020年）或者一個(gè)完整的食季和兩個(gè)不完整的食季（例如1982年）。前者在極端情況下會(huì)出現(xiàn)5次日食和2次月食（如1935年和2160年），后者在極端情況下會(huì)出現(xiàn)4次日食和3次月食（如1917年和1982年）。當(dāng)然，更常見的是一年兩次日食兩次月食。
天文學(xué)家統(tǒng)計(jì)過，20世紀(jì)一共發(fā)生過日食228次，月食（不含半影月食）147次；21世紀(jì)將發(fā)生日食224次，月食（不含半影月食）143次。很顯然，在地球上日食發(fā)生的次數(shù)要高于月食，原因正如上面分析的那樣：日食食季長(zhǎng)，月食食季短。但人們的感覺卻是相反的，通常一個(gè)人看到的月食次數(shù)要遠(yuǎn)多于他看到的日食次數(shù)。原因有以下幾點(diǎn)：第一，日偏食通常不會(huì)讓人感覺有什么異常，只有日全食才能引起人的注意，一個(gè)世紀(jì)日全食的發(fā)生次數(shù)只有70次左右，但月食就不同了，無論月偏食還是月全食，都能引人注目，這樣一個(gè)世紀(jì)人們能看到140多次月食，從頻度上就是日全食的兩倍。
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