Zatmenia nebeských telies sú úkazy nielen nápadné a pomerne vzácne, ale aj zaujímavé z rôznych hľadísk. Zvlášť úplné zatmenia Slnka patria medzi tie úkazy, ktorým ľudia venovali veľkú pozornosť už v predhistorických dobách. Existuje písomná správa o zatmení Mesiaca 15. februára 3379 pred n. l. u Mayov, pravdepodobne však ide o spätný výpočet zatmenia z oveľa neskoršej mayskej kultúry. Približne 2000 rokov pred n. l. starí Číňania poznali pohyb Slnka už tak presne, že mohli predpovedať zatmenia Slnka i Mesiaca.

Podľa legendy na chybu vo svojich výpočtoch zatmenia Slnka doplatili životom roku 2137 pred n. l. v Číne cisárski dvorní astronómovia Hi a Ho, lebo nesplnili svoju povinnosť ohlásiť zatmenie Slnka (22. októbra) vopred. V roku 1361 pred n. l. v Číne prvýkrát zaznamenali pozorovanie zatmenia Mesiaca. Z roku 1216 pred n. l. pochádzajú prvé celkom nesporné pozorovania zatmenia Slnka. Najstaršie spoľahlivo datované pozorovanie úplného zatmenia Slnka v Mezopotámii sa uskutočnilo 15. júna 763 pred n. l., z roku 721 pred n. l. pochádza prvá správa o pozorovaní Mesiaca v mezopotámskej oblasti. Babylónski astronómovia vyvinuli veľké úsilie na dosiahnutie čo najväčšej presnosti astronomických pozorovaní. Polohu nebeských telies vedeli určiť s presnosťou na 6 oblúkových minút, čas s presnosťou na 0,75 časovej minúty. Zistili, že synodický mesiac (čas medzi dvoma splnmi) trvá 29 dní 12 hodín 44 minút 7,5 sekundy, čo sa len o niekoľko sekúnd odlišuje od moderne určenej hodnoty tejto veličiny.

Najväčším úspechom babylonskej astronómie bol objav a presné určenie periodicity zatmení Slnka a Mesiaca (Saros; trvanie 223 synodických mesiacov = 18 rokov 11,3 dňa). Gréckej astronómii vďačíme za významných astronómov. Táles z Milétu (asi 625 - 547 pred n. l.) pozoroval 18. mája 603 pred n. l. veľké zatmenie Slnka a úspešne predpovedal ďalšie zatmenie na 28. mája 585 pred n. l.

Sústava Zem 

Mesiac je jediné miesto v slnečnej sústave, kde môžeme pozorovať úkaz zatmenia Slnka alebo Mesiaca. Je to vďaka približne rovnakej uhlovej veľkosti Mesiaca a Slnka na oblohe. (Skúste si niekedy porovnať priemer Slnka napríklad s malíčkom vystretej ruky a rovnako v noci zmerajte Mesiac. Zistíte, že sú rovnako veľké.) Ak môžeme sledovať zatmenia Slnka zo Zeme, môžeme vidieť aj opačné zatmenie Slnka z Mesiaca. Automatická sonda Surveyor 4 bola svedkom zatmenia Slnka Zemou z miesta jej mäkkého pristátia.

Zatmenie Mesiaca

Zatmenie môže nastať, keď je Mesiac vo fáze splnu. Zatmenie Mesiaca však nepozorujeme pri každom splne, pretože dráha Mesiaca je mierne sklonená, a tak Mesiac jednoducho prejde ponad, alebo popod Slnko a zatmenie nenastane. Aby sme mohli pozorovať zatmenie, musí byť Mesiac zároveň v blízkosti jedného z uzlov svojej dráhy okolo Zeme. Vzdialenosť od uzla nesmie byť pritom väčšia ako 16,2°. Zatmenie nastáva pri vstupe Mesiaca na svojej dráhe okolo Zeme do zemského tieňa. Vrchol kužeľa zemského tieňa, geometricky ohraničeného vonkajšími dotyčnicami Slnka a Zeme siaha do vzdialenosti 215 polomerov Zeme, pričom Mesiac obieha okolo Zeme vo vzdialenosti 60 polomerov Zeme. V strednej vzdialenosti Mesiaca je priemer kužeľa tieňa Zeme približne 9 300 km (takmer trojnásobok priemeru Mesiaca). Zatmenia Mesiaca môžeme pozorovať odvšadiaľ, kde je práve Mesiac nad obzorom.

Úplné zatmenie Mesiaca nastáva, keď sa celý Mesiac vnorí do tieňa Zeme. Pri čiastočnom zatmení Mesiaca iba jeho časť vstúpi do tieňa Zeme. Ak Mesiac prechádza iba polotieňom Zeme, ohraničeným vnútornými dotyčnicami Slnka a Zeme, nastáva polotieňové zatmenie Mesiaca. Keďže slnečné svetlo je v polotieni Zeme iba nepatrne zoslabené, polotieňové zatmenia Mesiaca sa vizuálne nepozorujú, a preto sa ani do štatistiky zatmení nezapočítavajú. Čiastočné zatmenie Mesiaca môže trvať najviac 3 hodiny 49 minút, úplné zatmenie Mesiaca maximálne 1 hodinu 44 minút a polotieňové zatmenie Mesiaca 5 hodín 57 minút. Zatmenie Mesiaca možno pozorovať vizuálne. Ďalekohľadom sa obyčajne pozoruje vstup mesačných kráterov do tieňa.

Zatmenie sa začína dotykom mesačného kotúča s hranicou tieňa Zeme. Túto hranicu premieta zemská atmosféra. Rozptyl a lom svetla v zemskej atmosfére spôsobuje, že Mesiac je aj po úplnom vnorení sa do tieňa Zeme čiastočne osvetlený. Slabá žiara Mesiaca počas úplného zatmenia sa nazýva popolavý svit. Tmavosť každého zatmenia Mesiaca je rôzna, pretože závisí na stave atmosféry Zeme. Veľmi tmavé zatmenia bývajú napríklad po výbuchu veľkých sopiek, keď je vzdušný obal Zeme "zaprášený" popolčekom zo sopky. Relatívnu tmavosť zatmení hodnotí Danjonova škála:

L=0 - Veľmi tmavé zatmenie, Mesiac takmer nevidno.
L=1 - Tmavé zatmenie šedej, alebo hnedej farby, detaily sú ťažko rozlíšiteľné.
L=2 - Temne červené sfarbenie tieňa, hlavne v strede. Pri okrajoch pomerne svetlé.
L=3 - Jasne červený tieň, pri okraji prechádza farba do žltej.
L=4 - Veľmi svetlý, až ružový tieň. Okrajové oblasti majú modrastý nádych.

Vzhľadom na to, že zatmenie Mesiaca podobne ako zatmenie Slnka nastáva vtedy, keď sú Mesiac a Slnko zoradené na priamke v blízkosti uzla dráhy Mesiaca, aj frekvencia zatmení Mesiaca sa opakuje s periódou saros. Za toto obdobie nastáva 28 zatmení Mesiaca, z ktorých je asi polovica úplných. v jednom roku môžu nastať najviac 3 zatmenia Mesiaca.