日食

原理

日食一定發生在朔，即農曆初一當日。此時月球位於地球和太陽之間時，但因地球軌道（黃道）與月球軌道（白道）成5°9′交角，故並非每次朔日皆有日食發生，而日食發生時，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」，即講述月食發生於望，日食發生於朔的道理。
理論上日全食則只發生在月球的近地點。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生時，地球能夠觀看全日食窗口的寬度約100公里。至於月球在遠地點時，地球每一個角落就都只能觀測到日環食或日偏食。

時間和周期

雖然平均每18個月地球就可以有些地區會發生日全食，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的時間只有幾分鐘。日全食持續的時間不會超過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於10次。上次發生如此長的日全食是在1973年6月30日（7分3秒），利用協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日才會發生。從西元前3000年至西元5000，這8,000年中，最長的日全食將發生在2186年7月16日，持續的時間為7分29秒。環食中，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生在1955年6月20日，持續了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後，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（由於0.3天的差），緯度也稍有變化。沙羅序列永遠以發生在地球極區的日偏食開始，然後經由一系列的日全食和日環食逐漸越過整個地球，並以日偏食在相對的另一個極區結束。沙羅序列的長度從1226年至1550年不等，序列中會發生69次至87次的食，其中大約40次至60次是中心食。

最後的日全食

因為偶然情況下組合的環境，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象。在數億年之前，月球太靠近地球，以致只有如現今的日全食（沒有日環食）。而由於潮汐加速，月球環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6億年之後，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，將會因為月球離地球太遠而不再發生日全食。
一個複雜的因素使太陽在這段期間增加其大小，這樣更導致月球不能完全遮蔽太陽的盤面引發日全食。

觀測與研究

日全食（全環食包含在此）的研究價值遠高於其他幾種日食，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。愛因斯坦關於太陽引力能使遠方背景恆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，但是由於理論推算的恆星角度偏差和由於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；在日全食發生時，也是發現水內行星的機會，但到現在皆未能發現水內行星的存在。
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曆法。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。另在日月食中也發現了沙羅周期。

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，從最早關於日食的文字記載至今已有四千多年。記錄於夏代仲康時期（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。此後有用油代水進一步減輕日光灼傷。元朝郭守敬發明仰儀來測定日食時刻。

影響

日食的天文現象，對於人類有各式各樣的影響，這些影響不僅包括對實際自然環境的改變，也體現在了文化與思想當中。

思想文化

在歷史當中，將日食視為不吉祥徵兆，是因為文明缺乏天文學知識或是資訊傳播上的落後，所產生的侷限認知，歷史記載上的神話、民間上的傳說，認為是象徵災難的降臨，而在日食時舉行救日行動之類的儀式。但在現代社會中，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，認為是肇因於天狗食日，必須敲鑼打鼓趕走天狗，因此統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）。《春秋》記載了36次日食，加上續經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，發生日食，是天子失德的表現。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。發生災害的性質可以從天象的具體表現判斷出來。日食從上面開始出現，天子行政失誤；日食從旁邊開始出現，將內亂，有大兵起，有更立天子之兆；日食從地下面開始發生，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，並說明原理，詳見月食和張衡條目。但古時候在傳播資訊上的侷限問題，不見得每個古人都知道。
日本地區：根據日本神話天照大神說，當日食發生之時，代表侍奉太陽神的巫女卑彌呼的靈力消失，會遭到邪馬台國人民加以殺害。

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。

觀看

在觀測日食時，不應當直接目視太陽，即使是在黃昏或日環食時，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，如專用於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於白紙上）。以墨水倒影，隔著煙薰黑的玻璃、已曝光的底片（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秒以上再繼續觀測。

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曆法。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。另在日月食中也發現了沙羅周期。
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。