天文歷法·交食及交食觀測法

對交食的觀測，對其規律的認識，代表著古人對日、對月的認識水平。對交食的觀測，主要包括日食、月食等方面，從上古至清末，各代史籍共為我們留下了日食記錄一千六百余項，月食記錄一千一百余項。古人觀測日月食，一個重要的目的是為了驗證歷法，東漢劉洪就曾說過：“效歷之要，要在日蝕。”從這時起，以交食驗證歷法便成為一種定例。古人知道，日食發生在朔，月食發生在望，但并不是每次朔望都會發生日月食，對其原因，北宋沈括總結說：“日、月之行，月一合、一對，而有食、不食，何也?予對曰：黃道與月道如二環相疊而小差。凡日月同在一度相遇，則日為之食;正一度相對，則月為之虧。雖同一度而月道與黃道不相近，自不相侵。同度而又近黃道月道之交，日月相值，乃相陵掩。正當其交處，則食而既;不全當交道，則隨其相犯淺深而食。”因為月道(白道)和黃道不在同一平面上，而是相交有一交角，因此，即使月亮和太陽的黃道數相同，只要它們離黃白交點夠遠，就不可能發生日食，只有在離開交點一定距離之內，才有日食發生。

月食的情況則相仿。這個能發生食的最大距離，古人稱為食限。確定了黃白交角，就可進一步來確定食限。食限受日、月運行不均勻性的影響，有一定的視差，古人稱之為食差，并已考慮到了地理緯度不同，季節不同對食差的影響。由于日、月、地三者都在不停地運動，日食時月亮影錐在地面上迅速移動，所經過的地區就是食帶，其中月亮本影錐所經地區能見到全食，其它地區只能見到不同食分的偏食。元代人李志常所撰《長春真人西游記》中曾記述了三個不同地點在不同時刻所見到的同一次日全食的情況，是有關食帶的最早記載，為我們研究古代交食提供了有價值的資料。對于日、月食發生時的虧起方位，后尚書令黃香說：“日食皆從西，月食皆從東，無上下中央者。”說日食總是從西邊緣開始，逐漸向東，月食則總是從東邊緣開始，逐漸向西、三國時代的景初歷(237)提出了判別虧起方位的辦法，唐代《大衍歷》進行了總結：“月食：月在陰歷，初起東南，甚至正南，復于西南。月在陽歷，初起東北，甚于正北，復于西北。其食二十分以上者皆起于正東、復于正西。”“日食：在日陰歷，初起西北，甚于正北，復于東北。日在陽歷，初起西南，甚于正南，復于東南。其食十二分以上者，皆起正西，復于正東。”

對交食周期的認識和逐漸精密，是我國天文學史上的巨大成就。早在公元前一世紀成書的《史記》中，已記下了當時對交食周期的認識，這比歐美要早很多年。從那時起，歷代編訂歷法都要對交食周期進行研究和改進。所謂交食周期，即交食重復出現的時間間隔，因為太陽、月亮、地球三者的運行都是有規律的，在經過一個交食周期以后，它們三者又大致回到了原先相對的位置上。至于交食周期的計算方法，對交食預報的計算方法，請參看“中國古代天文學計算方法之六”

中國古代觀測交食，在明清望遠鏡傳入中國之前，主要有四種方法：目測法、水盆法、油盆法、小孔成像法。①目測法：用肉眼直接進行，最為方便，但會傷害眼睛，且精度不高。②水盆法：出現較早，漢代文獻中就有記載。在交食將要發生的時候，用一盆水，從早到晚觀察，也較為簡單。③油盆法：在宋代的記載中才出現，同水盆法相比，只是以油代水而已。以上三種方法，在1980年曾組織了一次模擬觀測，食分感知限可達到一分以下，證實了宋時程大昌在《演繁露》中的一次記載(他記的是一次油盆法觀測，食分不到一分)，古史中對一分以下的日食記錄并不少見，其可靠性還是很高的。④小孔成像法：即以小孔投影進行觀測。1288年，元代王惲在《玉堂嘉話》中就有這種方法的記載：“凡日食，于窗隙間穿紙如錢許，取影視之，可見食分之多寡。東缺則西見，西缺則東見。”后來，郭守敬利用小孔成像的原理，制成了仰儀，可觀測太陽的坐標，觀測日食。