1. 달의 운동
달은 항상 지구에 같은 면을 향한 채로 지구의 주위를 공전하고 있습니다. 지구 쪽을 볼 수 있는 면이 달의 겉면이고, 지구 쪽에서 볼 수 없는 면이 달의 뒷면이 됩니다. 그런데 지구를 멀리 떠나서 항성 공간에서 달을 바라보았다면 달은 겉도, 뒤도 없는 전체의 면을 볼 수 있게 될 것입니다. 달은 자전하고 있는데 자전의 주기와 공전의 주기가 일치한다는 것입니다. 달이 항상 같은 면을 지구로 향하고 있는 것은 달의 공전 주기와 자전 주기가 일치하기 때문인데, 자전과 공전이 일치되는 것은 우연이라고 할 수는 없습니다. 혹 우연이라면 아주 조금만 주기가 틀려도 오랫동안 달은 차츰 방향을 바꿀 것입니다. 그러나 옛날이나 지금이나 우리가 보는 달의 모습에는 변함이 없습니다.
2. 일식과 월식
달이 지구 주위를 돌다가 태양의 앞면에 와서 태양을 가리는 현상을 일식이라고 합니다. 지구에서 본 태양과 달의 겉보기 크기는 거의 같습니다. 그러나 태양 주위를 돌고 있는 지구의 궤도나 지구 주위를 돌고 있는 달의 궤도도 완전한 원이 아니기 때문에 지구에서 태양, 달까지의 거리도 주기적으로 변화합니다. 따라서, 태양, 달의 겉보기 크기도 변하게 됩니다. 이 때문에 일식이 일어날 때의 태양과 달의 겉보기 크기의 차이에 의해 달이 태양보다 커져서 태양을 완전히 가리면 개기 일식이 되고, 달이 작을 때에는 금환식이라고 합니다. 개기식에서는 달의 그림자가 원뿔형으로 뻗어 있어서 그 정점이 지구 표면에 닿게 됩니다. 이 그림자를 본그림자 라고 합니다.. 이 지점에서 보면 개기식이 됩니다. 본그림자 밖에 있는 넓은 반그림자 부분에서 보면 달의 중심이 태양에서 조금 벗어나 있어 이것을 부분 일식이라 합니다. 달의 궤도 운동에 의해 개기식을 볼 수 있는 지점은 지구 표면의 서쪽에서 동쪽으로 옮겨갑니다. 한 지점에 대해 생각하면 달이 서쪽에서 태양을 쫓아가 걸치게 되고, 태양은 서쪽에서 가려지기 시작하여 부분식이 되고 차츰 개개식이 됩니다. 개기식이 끝나면 태양이 서쪽에서 나타나서 다시 부분식으로 옮겨갑니다. 개기식이 되면 눈부신 태양의 광구가 달에 가려지므로 태양의 상층 대기인 붉은 채층과 그 위쪽에 퍼진 코로나를 관찰할 수 있습니다. 금환식은 달이 지구에서 너무 멀리 떨어져 있어 본그림자가 지구 표면에 도달하지 않을 때 일어납니다. 본그림자의 연장 위의 지점에서 보면 태양 주변이 달에서 나와 금빛으로 빛나는 반지처럼 보입니다. 지구와 달의 거리에 따라서는 본그림자의 정점이 겨우 지표에 도달하는 일식의 경우도 있습니다. 이때에는 금환 개기식이라고 하는 현상도 일어납니다. 달의 그림자가 지구 표면을 서쪽에서 동쪽으로 옮겨가서 본그림자가 지구와 처음 접촉하는 것은 그 지점의 일출 때문이고, 본그림자의 정점이 아직 지구에 도달하지 않아 금환식을 볼 수 있습니다.
지구는 달의 4배나 크기 때문에 지구의 그림자는 달의 궤도보다 훨씬 멀리 뻗어 있습니다. 달이 이 그림자 속을 지나서 가려지는 현상을 월식이라고 합니다. 지구의 그림자에는 본그림자와 반그림자가 있습니다. 달이 반그림자 속에 들어갈 때 달의 빛이 약해지지만 실제로는 겉보기에는 알지 못합니다. 그것은 달빛이 지구 대기에 의해 산란되어 더욱 강해지기 때문입니다. 달이 본그림자에 깊이 들어가 개기 월식 한가운데에서도 달은 완전히 암흑으로 되지 않고 적갈색으로 보입니다. 이것도 대기에 의한 산란빛 때문입니다. 이 같은 이유에서 월식의 시작은 달이 본그림자에 접근할 때, 끝나는 것은 본그림자에서 떨어질 때 생깁니다. 개기 일식의 경우와 달리 월식은 지구의 밤시간에 넓은 범위에서 바라볼 수 있습니다. 달리 본그림자의 중심 부분을 지나지 않고, 북쪽 또는 남쪽으로 기울어서 지나갈 때에는 개기식이 되어도 지속 시간이 짧거나 부분식만으로 끝나는 경우도 있습니다.
3. 일식, 월식이 일어나는 이유
지구의 궤도면과 달의 궤도면이 일치하고 있고 달도 지구도 같은 면 내에서 공전하고 있으면 그믐달일 때마다 일식, 보름달일 때마다 월식이 일어나야 할 것입니다. 그러나 그믐달, 보름달일 때마다 식현상이 일어나지 않는 것은 지구의 궤도면에 대해 달의 궤도면이 5도 정도 기울고 있기 때문입니다. 따라서 지구의 궤도면과 달의 궤도면의 교점 부근에서 태양과 달이 만나면 일식이 일어나고, 반대쪽에 오면 월식이 됩니다. 그러나 그 이외의 장소에서는 달은 태양의 북쪽 또는 남쪽을 지나므로 식현상은 일어나지 않습니다. 고대 칼데아인은 오랫동안의 경험으로 일식과 월식이 223 삭망월, 즉 18년 11일 만에 반복하여 일어나고 있음을 알고 있었습니다. 이것은 달의 궤도면이 조금씩 방향을 바꾸어 18년 11일 만에 본래의 자리로 돌아오는 현상으로 설명이 되고 있습니다. 이 식의 주기를 살로스 주기라고 합니다.