Jak powstają pory roku, dzień i noc na ziemi?

Powstawanie pór roku, dnia i nocy na Ziemi jest ściśle związane z ruchami Ziemi – obrotowym i obiegowym. Ruch obrotowy (wirowy) polega na obracaniu się Ziemi wokół własnej osi, natomiast obiegowy – na okrążaniu Słońca przez Ziemię. Jeden obrót Ziemi trwa jedną dobę, natomiast okrążenie – rok. Na jedno okrążenie przypada 365, 25 obrotów – więc w jednym roku jest 365 pełnych dób.
Następstwem ruchu obiegowego są dzień i noc. Ziemia obracając się, zwraca się do Słońca raz jedną, raz drugą stroną. Na zwróconą do Słońca półkulę padają promienie słoneczne – jest tam jasno, panuje dzień. W dzień Słonce znajduje się nad horyzontem. Długość dnia zależy od pory roku i szerokości geograficznej miejsca obserwacji. Najdłuższy dzień astronomiczny w roku przypada w czasie przesilenia letniego, najkrótszy - w czasie przesilenia zimowego. Długość dnia astronomicznego jest równa długości nocy (wynoszą po 12 godzin), gdy słońce znajduje się na równiku niebieskim (tzw. równonoc).

Przeciwległa półkula jest w tym czasie nieoświetlona. Nie są to jednak ciemności absolutne, rozświetlają je Księżyc i gwiazdy. W nocy Słońce znajduje się pod horyzontem, co najmniej 18º. Poprzedza ją zmrok, a po niej następuje świt. W szerokościach geograficznych ≥ 67˚ przez część roku Słońce nie wschodzi, panuje wówczas na tych obszarach Ziemi noc polarna. W miarę obrotu Ziemi coraz to nowe jej fragmenty zwracają się ku słońcu. Najpierw delikatny brzask rozjaśnia ciemności, potem następuje wschód słońca, stopniowo wznosi się ono coraz wyżej nad horyzontem, by w południe świecić najwyżej. Wszędzie na tym samym południku południe s słoneczne występuje w tym samym momencie. Jednak w miarę obrotu Ziemi także coraz to nowe jej fragmenty zanurzają się w cień: słonce świeci tam coraz niżej, zachodzi i nastaje noc.

Astronomiczne pory roku (wiosna, lato, jesień i zima) są regulowane przez przesilenia i równonoce. Przesilenia to momenty maksymalnego wychylenia kierunku osi ziemskiej względem płaszczyzny orbity. Natomiast równonoce to momenty zrównania długości dnia z długością nocy na obu półkulach.

Wiosna zaczyna się w momencie równonocy wiosennej i trwa do momentu przesilenia letniego. Na północnej półkuli Ziemi trwa od ok. 21 III do ok. 24 VI (na półkuli południowej w tym czasie jest jesień). Lato zaczyna się z dniem przesilenia letniego i trwa do dnia równonocy jesiennej. Na półkuli północnej trwa od ok. 24 VI do ok. 23 IX. (na półkuli południowej w tym czasie jest zima). Jesień zaczyna się z dniem równonocy jesiennej i trwa do dnia przesilenia zimowego. Na północnej półkuli Ziemi trwa od ok. 23 września do ok. 22 grudnia (na półkuli południowej w tym czasie jest wiosna). Zima zaczyna się w momencie przesilenia zimowego i trwa do momentu równonocy wiosennej. Na północnej półkuli Ziemi trwa od 22 grudnia do 21 marca (na półkuli południowej w tym czasie jest lato).

Jednak nie ma żadnego logicznego uzasadnienia, by wiązać pory roku z odległością Ziemi od Słońca. Wprawdzie, gdy Ziemia znajduje się dalej od słońca, dociera do niej mniej energii, ale różnice te są zbyt małe, aby mieć wpływ na występowanie pór roku. Najbliżej słońca jesteśmy w styczniu, a najdalej w czerwcu. By wyjaśnić zjawisko, trzeba odwołać się do ruchu obiegowego i obrotowego, a raczej do szczególnej jego cechy – nachylenia osi ziemskiej. Oś ziemska nie jest prostopadła do płaszczyzny orbity, ale odchylona o 23,5˚ od pionu.