我们可以精确预测日食。方法如下。

10 月 14 日，西半球将出现日环食。月亮太小，而且距离我们太远，无法完全遮挡太阳的圆盘。相反，它会遮住太阳的中心，在边缘留下一个环。观看天空中火环的最佳位置是沿着穿过俄勒冈州、德克萨斯州、中美洲、哥伦比亚和巴西北部的路径。您可能会决定前往新墨西哥州的阿尔伯克基，在那里您将体验到 4 分 48 秒的日环食。

如果你想要看到真正的日全食，你只需要再等六个月。2024 年 4 月 8 日东部时间下午 2:10（当地时间下午 12:10），墨西哥马萨特兰将成为北美第一个看到大部分太阳消失在阴影中的城市。全食带随后穿过达拉斯和印第安纳波利斯，进入加拿大的蒙特利尔、新不伦瑞克和纽芬兰。由于我们了解月亮和太阳在任何特定时刻在天空中的位置，因此我们知道所有这些精确的细节——甚至更多。

事实上，我们可以预测和绘制更远未来的日食，甚至是几个世纪后的日食。由于科学家知道月球和太阳的精确位置以及它们随时间的变化，他们可以将月球的影子投射到地球上。借助先进的计算机，可以绘制出精确到几英尺的日食路径。

日食的发生需要三个条件。当月球从地球上的有利位置遮挡住太阳光时，就会发生日食。因此，要预测日食，您必须知道太阳、月球和地球相对于彼此的移动位置和方式。这并不像看起来那么简单，因为太阳系并不是平的。月球的轨道相对于太阳的轨道倾斜约 5 度，天文学家称之为黄道。虽然我们的卫星每月大约一次经过地球和太阳之间——我们称之为新月——但两者似乎很少相交。

日食仅当月球位于月球轨道与黄道相交的两个点之一（称为节点）时才会发生。如果月球在此交叉点处为新月，则会发生日食。

在过去的几个世纪里，预测日食意味着预测精细轨道的微小细节。但随着天文学家对天体运动方式的了解越来越多，他们开始编制所谓的星历表：预测月亮、太阳和行星在天空中的位置。星历表仍然是预测日食的关键。

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美国宇航局戈达德太空飞行中心的太阳物理学家 C. Alex Young 说：“你所需要的只是星历表数据......你不必真正追踪轨道。”

有了星历表数据，天文学家就能确定月球和太阳相交的日期和时间。一旦知道了日期，绘制日食地图就相对简单了。星历表让科学家将月球的阴影投射到地球的球体上；利用 19 世纪的数学，他们可以计算出阴影的两​​个特征（本影和半影）的形状和纬度。然后，通过了解当时的时间和地球自转的角度，就可以确定经度。将这些数据放在一起就能制作出日食地图。

过去，天文学家将星历表印制成年鉴，这是一本厚厚的书，里面装满了页又页的坐标表。随着整个天文学领域进入计算机时代，星历表也随之发展。如今，科学家用数学方法模拟月球、太阳、行星、其他卫星、小行星等的轨道。

美国宇航局喷气推进实验室 (JPL) 每隔几年就会定期发布新的天体位置汇总。最新版本是 2021 年的 DE440，它详细阐述了月球核心和地幔晃动并减缓其自转等细节。“一般来说，我们知道月球距离地球大约一米，也许几米，”JPL 工程师 Ryan Park 说。“我们通常知道太阳距离地球大约几百米，也许 300 米。”

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星历表还有其他用途，特别是在规划航天任务时。但很大程度上，得益于更复杂的星历表数据，我们现在可以可靠地预测未来几个世纪的月球运动。事实上，你可以找到未来近一千年的日食详细地图。（如果你有幸在 2563 年 4 月 23 日到达西雅图，或在 2974 年 9 月 7 日到达阿姆斯特丹，那就为日全食做好准备吧。）

但这些地图与大多数日食地图一样，将日全食或日环食的路径显示为一条穿过地球表面的平滑线。这不是一个准确的表示。“这是为铅笔和纸计算而设计的，因此它做出了很多简化的假设，这些假设有一点点错误，”为 NASA 戈达德制作日食地图的 Ernie Wright 说，“例如，月球是一个完美的光滑球体。”

月球和地球的边缘都是锯齿状的。地球的地形会遮挡部分太阳的视线，而月球上也有自己的山脉和山谷。事实上，穿过月谷的阳光形成了贝利珠和“钻石环”，在日食边缘经常可见。“我们现在从月球勘测轨道器获得了这些山脉的详细地形信息，”杨说。

赖特帮助设计了一种新的地图绘制方法，用现代计算机图形取代了维多利亚时代的数学。他的方法将地球表面变成一张像素地图，每个像素都有不同的纬度、经度和海拔，天空中还有太阳和月亮。然后，该方法计算出哪些像素可以看到月球的哪些部分遮挡了太阳的哪些部分。

“然后，你以一秒为间隔，在日食期间制作一系列地图，”赖特说。“最后你会得到一个帧序列，你可以把它们组合起来制作一部阴影电影。”这项新技术——只有现代计算机和超精确星历表才能实现——可能让我们制作出日食地图，清楚地显示你是否可以从家里看到日食。

“我认为这将在未来提供一套全新的地图，而且会更加精确，”杨说，“这将非常令人兴奋。”