Zaćmienia Słońca i Księżyca należą do spektakularnych, ale stosunkowo rzadkich zjawisk przyrody. Ludzie poświęcali im wiele uwagi od najdawniejszych czasów. Niektóre zapiski historyczne świadczą o tym, że już 2000 lat przed naszą erą ówcześni astronomowie wiedzieli o okresowym występowaniu zaćmień i potrafili je przepowiadać.

        Zaćmienia wiążą się z ruchem Księżyca wokół Ziemi. Występują one wtedy, gdy jedno z tych ciał wejdzie częściowo lub całkowicie w strefę cienia rzucanego przez drugie ciało. Gdyby Słońce, Ziemia i Księżyc poruszały się w jednej płaszczyźnie, zaćmienia Słońca następowałyby w każdym nowiu, a zaćmienia Księżyca — w każdej pełni. Księżyc jednak nie porusza się w płaszczyźnie orbity Ziemi, ale w płaszczyźnie nachylonej do niej pod kątem 5,2°. W związku z tym zaćmienie nastąpi jedynie wtedy, gdy Księżyc w nowiu lub w pełni znajdzie się równocześnie w płaszczyźnie orbity Ziemi lub bardzo blisko niej, a zatem w węźle orbity księżycowej albo w jego bliskim sąsiedztwie. Inaczej mówiąc, kiedy Słońce znajduje się na linii węzłów orbity Księżyca albo w jej sąsiedztwie.

         Zaćmienia Słońca zawdzięczamy godnemu podziwu zbiegowi okoliczności, który niekiedy występuje w przyrodzie. Chociaż średnica Słońca jest 400 razy większa niż średnica Księżyca, oba ciała widzimy na niebie jednakowo duże. Toteż Słońce znajduje się dokładnie tyle razy dalej od nas niż Księżyc, ile razy jest większe od Księżyca. W ten sposób w rzeczywistości mniejszy Księżyc może zakryć znacznie większe Słońce.

        Ponieważ orbita Ziemi wokół Słońca, a także orbita Księżyca wokół Ziemi nie są okręgami, rozmiary kątowe Słońca i Księżyca na niebie zmieniają się wraz ze zmianą odległości tych ciał od nas. Mimośród orbity Ziemi jest mniejszy niż orbity księżycowej, stąd średnica kątowa tarczy słonecznej zmienia się tylko o 1,9% w odniesieniu do jej wartości średniej, natomiast średnica kątowa tarczy Księżyca zmienia się aż o 7,8% w porównaniu ze swą średnią wartością. Średnia wartość średnicy kątowej tarczy Księżyca wynosi 31 '05", a Słońca 31'59". Kiedy Księżyc jest najbliżej Ziemi, średnica kątowa jego tarczy wynosi 33 '22" i jest wtedy aż o 56" większa niż największa średnica kątowa tarczy słonecznej, którą obserwujemy z początkiem stycznia, gdy Ziemia znajduje się najbliżej Słońca. Gdy w czasie całkowitego zaćmienia Słońca Księżyc znajduje się nieco bliżej Ziemi niż jego średnia odległość od niej, zakryje Słońce całkowicie. W miejscach, w których stożek cienia Księżyca, ograniczony geometrycznie prostymi stycznymi zewnętrznie do Słońca i Księżyca, dotyka powierzchni Ziemi, następuje zaćmienie całkowite. Gdy odległość Księżyca od nas jest większa niż jego średnia odległość od Ziemi, tarcza Księżyca nie zakryje całej tarczy Słońca, a stożek cienia księżycowego nie dosięgnie Ziemi. Z miejsc leżących na powierzchni Ziemi pod wierzchołkiem cienia Księżyca będzie widać prześwitujący brzeg Słońca w formie jasno świecącego pierścienia. Mówimy wtedy o zaćmieniu obrączkowym. W rzadszych wypadkach następuje połączenie zaćmienia całkowitego i obrączkowego. W tym typie zaćmień cień Księżyca dotyka powierzchni Ziemi tylko w środkowej fazie zaćmienia, kiedy Księżyc jest blisko linii łączącej Słońce z Ziemią. Przed tą fazą, a także po niej, cień Księżyca nie dosięgnie już zakrzywiającej się powierzchni Ziemi, gdyż jest zbyt krótki. Każde zaćmienie całkowite i obrączkowe Słońca jest również zaćmieniem częściowym dla miejsc leżących na powierzchni Ziemi w półcieniu, ograniczonym liniami wewnętrznie stycznymi do Słońca i Księżyca. Gdy Słońce jest oddalone od węzłów orbity Księżyca więcej niż o 11,9°, następuje tylko zaćmienie częściowe. Przy oddaleniu większym niż 18,4°, zaćmienie Słońca nie następuje.

Geometryczne warunki zaćmień Słońca i Księżyca

        Obrót Ziemi, jej ruch wokół Słońca, a także ruch Księżyca wokół Ziemi sprawiają, że cień Księżyca przesuwa się po powierzchni Ziemi z zachodu na wschód z prędkością około 0,6 km/s. Obszary, przez które przechodzi cień, nazywamy pasem zaćmienia całkowitego (pasem całkowitości). Szerokość tego pasa w najkorzystniejszych warunkach geometrycznych nie przekracza 270 km. Zaćmienie trwa najdłużej w środku pasa całkowitości. Jego maksymalny czas trwania w jednym miejscu może wynosić 7,5 min. Większość zaćmień trwa jednak tylko od jednej do czterech minut. W kierunku obydwu brzegów pasa całkowitości czas trwania zaćmienia całkowitego skraca się. Czas, w ciągu którego Księżyc rzuca cień na Ziemię, jest przy każdym zaćmieniu nieco inny, nie przewyższa jednak 6 h. W pasie o szerokości kilku tysięcy kilometrów z obu stron pasa całkowitości można obserwować zaćmienie częściowe. W danym miejscu trwa ono maksymalnie 2,5 h.

        Zaćmienia Słońca powtarzają się co 18 lat i 10 dni. Nazwa tego interwału czasu - saros - pochodziod Chaldejczyków i zachowała się do dnia dzisiejszego. W okresie sarosu następuje do 45 zaćmień Słońca, z czego połowa jest całkowitych, a połowa obrączkowych. W jednym roku może wystąpić maksymalnie pięć, a minimalnie dwa zaćmienia Słońca. Przeciętnie występują dwa całkowite zaćmienia w ciągu trzech lat. Ponieważ jednak pas całkowitości jest bardzo wąski, jedno całkowite zaćmienie Słońca w danym miejscu na Ziemi przypada średnio raz na 200 lat. W Europie Środkowej ostatnie całkowite zaćmienia Słońca obserwowano w roku 1706 i 1954; następne będzie w roku 1999.