日食發(fā)生的原因說起來很簡單——月球運(yùn)行到太陽與地球之間而遮住太陽之故，但要較透徹地闡明日食的發(fā)生規(guī)律卻是相當(dāng)復(fù)雜和棘手的。我們現(xiàn)在的日食知識是從古以來長久觀測研究逐漸積累下來的，至今仍有需要深入探索的問題。這里按歷史發(fā)展來介紹有關(guān)知識，“溫故而知新”，可以得到某些啟迪。古代人仰望星空，直觀感覺好像大多數(shù)星辰嵌在一個巨大的天穹或天球上，繞地球旋轉(zhuǎn)，因而稱它們?yōu)楹阈牵坏?顆星（水星、金星、火星、木星、土星）卻常在恒星之間游動，稱為行星；而月球和太陽在星空的“視運(yùn)動”有規(guī)律地循環(huán)。用三角測量法測出了太陽比月球遠(yuǎn)……公元2世紀(jì)，集古代天文學(xué)成就，托勒密在其名著《天文學(xué)大成》中闡述了宇宙地心體系（即地心說），認(rèn)為地球靜止于宇宙中心，各行星在其特定，的本輪和均輪上繞地球轉(zhuǎn)動，且跟恒星一起每天繞地球轉(zhuǎn)一圈，試給天象規(guī)律作了一種數(shù)學(xué)理論描述，有其歷史功績。因他否認(rèn)上帝，直到1215年教會還禁止講授他的理論。直到后來，教會才把地心說作為統(tǒng)治工具，禁錮人們的思想。
1543年，哥白尼在名著《天體運(yùn)行論》中提出宇宙日心體系（即日心說），形成太陽系概念。他論證了地球和行星依次在各自軌道上繞太陽公轉(zhuǎn)；月球是繞地球轉(zhuǎn)動的衛(wèi)星，同時隨地球繞太陽公轉(zhuǎn)；日月星辰每天東升西落現(xiàn)象是地球自轉(zhuǎn)的反映；恒星比太陽遠(yuǎn)得多。正如書名中“revolution”一詞有“運(yùn)行”（繞轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)）和“革命”雙關(guān)意思，從此自然科學(xué)便開始從神學(xué)中解放出來。
18世紀(jì)初，開普勒分析第谷留下的行星觀測資料，發(fā)現(xiàn)“行星運(yùn)動三定律”：
（1）行星繞太陽運(yùn)動的軌道是橢圓，太陽位于橢圓的一個焦點(diǎn)上；（2）連接太陽到行星的直線（向徑）在相等的時間掃過的面積相等；（3）行星公轉(zhuǎn)周期P的平方與軌道半長徑n的立方成正比，即對下標(biāo)i=1，2，3，表示的各行星，有等量公式表述為：
P1^2/a1^3=P2^2/a2^3=P3^2/a3^3=K（常數(shù)）
繼而，牛頓總結(jié)當(dāng)時的天文學(xué)和力學(xué)，進(jìn)行科學(xué)抽象和數(shù)理推演，寫出名著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，由開普勒定律導(dǎo)出萬有引力定律：兩個物體之間的引力F跟它們質(zhì)量（M1和M2）的乘積成正比，跟它們距離（r）的平方成反比，即F=GM1M2^2。
式中，G（=6.672×10-11牛頓·米2／千克2）為引力常數(shù)。他奠立了天體力學(xué)基礎(chǔ)，可用來從觀測某顆行星在不同時間的視位置來推算出行星的軌道根數(shù)，再推算而預(yù)報(bào)出該行星在未來某時刻的視位置。這種方法同樣適用于月球繞地球的軌道運(yùn)動。
運(yùn)動是相對的。地球上的人們看到太陽、月球、星辰每天在進(jìn)行東升西落的周日“視運(yùn)動”，實(shí)際上，這是地球自轉(zhuǎn)的反映；在其他星球上的“外星人”，甚至到月球上的宇航員，就會觀測到地球在自轉(zhuǎn)。地球上的人們看到的月球每個月繞地球“視運(yùn)動”轉(zhuǎn)一圈的現(xiàn)象、太陽每年繞地球轉(zhuǎn)一大圈的周年視運(yùn)動現(xiàn)象——實(shí)際上是地球每年繞太陽轉(zhuǎn)一圈。古代人雖然不可能知道有天體力學(xué)，但是卻不乏聰明智慧，“觀乎天文，以察時變”，應(yīng)當(dāng)說，我們剛才這幾句“習(xí)以為常”的話是“本末倒置”了。事實(shí)上，應(yīng)當(dāng)是從觀測太陽、月球、星辰的“視運(yùn)動”周期性規(guī)律來確定時間的——以地球相對于太陽的自轉(zhuǎn)運(yùn)動平均周期來確定一天（晝夜）或“平太陽日”，以月球的圓缺變化周期來確定陰歷“朔望月”，以太陽相對于遙遠(yuǎn)恒星的視運(yùn)動周期來確定“回歸年”。古代天文學(xué)家雖然不知道太陽-地球和地球-月球的準(zhǔn)確距離，卻能夠從太陽和月球的視運(yùn)動觀測來推算和預(yù)報(bào)日食和月食，真令我們欽佩！這里的簡述雖然是“形而上學(xué)”的，但至今仍使用“球面天文學(xué)”知識來論述天體視運(yùn)動。
自古以來，人們直覺以為恒星仿佛嵌在“天穹”或“天球”上，實(shí)際上，并不存在真實(shí)的“天”或“天球”，只是借助假想的、半徑非常大（常用一定半徑代替）的天球，建立天球坐標(biāo)系，來觀測研究天體的“方位”和“視運(yùn)動”。
根據(jù)方便和需要，選取天球上的基本點(diǎn)（原點(diǎn)）和基本圈（經(jīng)過球心的平面與天球相交的大圓），約定計(jì)量的方向和范圍，建立天球坐標(biāo)系，進(jìn)而觀測計(jì)量天體的視方位（以2個角度為坐標(biāo)來表示）。最常用的是地心天球“赤道坐標(biāo)系”：地球自轉(zhuǎn)軸延長就是天軸、交于天球的南天極P′和北天極p，跟天軸垂直的天赤道面交于天球的大圓則稱為天赤道。相對于遙遠(yuǎn)的恒星來說，地球半徑、甚至公轉(zhuǎn)軌道半徑都顯得微小而可忽略，因而地球表面觀測的星空就如同在地心觀測一樣（但自轉(zhuǎn)仍存在，因而仍觀測到同樣的天體視運(yùn)動）。從地球上看，太陽一年中在天球上視運(yùn)動軌跡的大圓稱為黃道，實(shí)際上黃道就是地球繞太陽公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）和天球相交的大圓。垂直于黃道的天球直徑兩端稱為北黃極K和南黃極K′。黃道和赤道有兩個交點(diǎn)，太陽視運(yùn)動從赤道南到北經(jīng)過的交點(diǎn)（升交點(diǎn)）γ稱為春分點(diǎn)，另一交點(diǎn)（降交點(diǎn)）Ω稱為秋分點(diǎn)。
最常用的是赤道坐標(biāo)系，以春分點(diǎn)γ為原點(diǎn)，天赤道和過春分點(diǎn)的赤經(jīng)圈（即，經(jīng)過南、北天極的大圓）為基本圈，兩個坐標(biāo)是赤經(jīng)和赤緯。經(jīng)過天體（投影點(diǎn)）X的赤經(jīng)圈交天赤道于一點(diǎn)，那么圓弧LLTOL的角度稱為赤經(jīng)，從西向東計(jì)量，范圍為0°到360°（常以“對應(yīng)”時間范圍。0小時到24小時以及時分、時秒表示），符號為α；圓弧L∠LOX的角度就是赤緯，符號為δ，從天赤道向北、向南計(jì)量分別為0°到90°和-90°。
黃道坐標(biāo)系的基本圈為黃道，垂直于它的天球直徑交于天球的兩點(diǎn)為北黃極K和南黃極K。通過兩黃極的大圓為黃經(jīng)圈。仍取春分點(diǎn)甲為原點(diǎn)。經(jīng)天體X和黃極的黃經(jīng)圈KXK′交黃道于L。圓弧訌∠γOL的角度是黃經(jīng)，符號為λ，而圓弧XL∠LOX的角度是黃緯，符號為β。
這兩種坐標(biāo)都是固定在天球上的，它們可以相互換算。在使用望遠(yuǎn)鏡觀測天體時，用赤道坐標(biāo)很方便。在討論日食發(fā)生時，用黃道坐標(biāo)更方便。