想象一下。你是一位古代人类，你可靠而忠诚的太阳突然意外地熄灭了。这让你感到恐惧。你想，“如果它再也不回来了怎么办？哦，诸神啊，我们到底做了什么惹怒了……哦，它回来了。呼。”但随后，随着时间的推移，这种情况一再发生。你开始不再相信太阳的忠诚，并开始记录这些事件发生的时间。几个世纪过去了，终于积累了足够多的模式，早期文明能够预测这些疯狂事件可能何时发生。
“它并非只是随机发生的这个想法非常了不起，”德雷塞尔大学历史学副教授乔纳森·塞茨说。“美索不达米亚人首先弄清楚了这一点，部分原因是他们有记录的习惯。他们之所以这样做，是因为他们认为这些事件是有意义的——它们不仅仅是随机的自然现象。”
美索不达米亚人拥有可以追溯到公元前 700 年左右的记录，他们能够确定一个沙罗周期的长度——即月球、地球和太阳对齐发生日食的时间间隔。一个周期大约每 18 年 10 天（闰年为 11 天）8 小时发生一次，并在地球上投下阴影。这额外的八小时意味着随着地球的自转，日食的位置会随时间移动。
虽然古代天文学家无法监测沙罗周期的所有周期（日食可能发生在海洋中部或无人区），但他们能够足够好地掌握一部分计时信息，知道日食何时可能发生。但在这个历史时期，他们只知道“何时”。“为何”和“如何”则要等到更晚的时候才会有答案。
希腊的时代
接下来轮到希腊人。对于亚里士多德等思想家来说，仅仅知道某事正在发生是不够的。了解它为何发生同样重要。“希腊人对因果关系非常感兴趣，”塞茨说。日食的意义不如其他因素重要：“对他们来说，如果你无法解释它，你就无法理解它。”
希腊人的观测帮助他们弄清楚了行星的运动以及地球是球形的。尽管没有望远镜，他们仍然认为月球是一个发光的、与我们这颗岩石家园截然不同的天体，但他们却弄清楚了它相对于地球的运动。而且，尽管他们认为地球是宇宙的中心，但他们却弄清楚了日食是新月被太阳投射到地球上的影子。
亚里士多德和托勒密为理解日食而开发的技术一直沿用到几百年后哥白尼和牛顿出现。
“这并不是说在这期间什么都没发生，”塞茨补充道。人们不断地在前人知识的基础上继续发展，积累更多数据，并在中世纪开始改进技术。“特别是在伊斯兰世界，他们非常关注天文学和占星术，开发了星盘来测量天体的角度，并试图完善这个系统，”塞茨说。
后来，像第谷·布拉赫这样的思想家建造了巨大的象限仪，以更精确地测量太阳在日食期间的运动，一些人使用我们今天仍在使用的技术来测量日食。“他们在中古时期确实使用了针孔相机，这有助于更好地测量日食的幅度，”塞茨说。
欧洲远非唯一一个注意到日食发生的地方。中国与地中海地区的人们几乎同时开发了他们自己的日食预测方法，这与他们悠久的记录保存历史所揭示的日食模式并行不悖。有证据表明玛雅人也有测量日食的方法，但几乎他们所有的记录在西班牙征服者入侵美洲期间都被残酷地摧毁了。
尽管对日食的理解加深了，但大多数文化仍然将其视为不祥的预兆。随着望远镜的出现，解释（缓慢地）开始发生变化，望远镜揭示了月球的地形，并使日食预测变得更加精确。事实上，在18世纪，天文学家埃德蒙·哈雷绘制了一张即将发生的日食路径图并发表，希望公众在太阳短暂消失时不会恐慌，并且观测者能够收集更多关于不同地点日食持续时间的数据。现代日食观测时代终于开始了。
现代
“我们现在使用的方法是基于 19 世纪人们提出的理论，”NASA 的可视化专家厄尼·赖特说。开始使用更现代的计算方法来预测日食路径的人是弗里德里希·贝塞尔和威廉·肖维内。
“贝塞尔在 1820 年左右提出了我们使用的基本数学公式，肖维内则在 1855 年将其完善成现代形式，”赖特说。
今天，由于我们对月球形状的理解，我们能够变得更加具体。月球——与你曾经费力绘制的每一张小学画作相反——实际上并非香蕉形或完美的球体。与地球一样，它有山脉和山谷，使其形状有些崎岖不平，这意味着它的阴影也不均匀。
“19 世纪的方法假设月球是光滑的，并假设所有观测者都在海平面上，”赖特说。“当你用笔和纸进行计算时，必须做这些简化。”
从 20 世纪 40 年代末到 1963 年，一位名叫查尔斯·伯利·沃茨的天文学家花费了无数小时绘制月球表面变化的地图，重点关注从地球上看月球边缘出现的陆地特征。他绘制的详细地图帮助日食预测变得更加精确。突然之间，日食的阴影不再是椭圆形，而是多边形，每个角度都与月球边缘的山谷对齐。
然后，NASA 更进一步。该航天局的月球勘测轨道器（Lunar Reconnaissance Orbiter）在沃茨工作的基础上，以前所未有的细节捕捉了月球的地形，这是从地面拍摄的月球照片无法获得的。
赖特利用关于月球形状、地球地形以及太阳、月球和地球位置的数据，创建了一个极其详细且准确的记录，说明日食阴影将如何扫过美国。
这次日食有望成为历史上观看人数最多的日全食。在人类花费数千年观测和记录日食之后，研究人员仍有很多希望了解。
“我们最近一直在讨论太阳大小存在一些不确定性的事实，”赖特说。“事实证明，日食是测量太阳半径的一个非常灵敏的方法。太阳半径约为 696,000 公里。但如果你将半径改变 125 公里，就会使全食持续时间改变整整一秒。”
如果预测路径最外围的许多人，比如在圣路易斯或堪萨斯城的一些地区观看的人，报告说他们看到了大量的拜利珠（Bailey’s Beads）并且天空从未完全变黑，那么这就能让人们知道太阳可能比我们想象的要大一点。如果是这样，这项贡献将有助于未来的天文学家更精确地进行预测。
当你抬头仰望日食路径，惊叹于现代科学如何精确地计算出日食阴影穿越美国的时间、地点和方式，其速度介于每小时 1400 英里到 2500 英里之间时，请想想所有那些为之付出努力的世代；从那些数百年来不了解发生了什么但仍然努力记录所见所闻的观测者，到建造了使今年日食地图如此精确的现代卫星的人们。是他们所有人让我们走到了今天。
