Oświetlenie Ziemi w ciągu roku. Astronomiczne pory roku.

Nachylenie osi ziemskiej do płaszczyzny orbity powoduje, że miejsce padania promieni zenitalnych (prostopadłych do powierzchni Ziemi) zmienia się w ciągu roku.

Stało się to podstawą wyróżnienia astronomicznych pór roku:
a) 21 III - początek astronomicznej wiosny na półkuli północnej i astronomicznej jesieni na półkuli południowej. Promienie słoneczne w momencie górowania padają prostopadle na równik. Ziemia oświetlona jest równomiernie, a zatem dzień trwa wszędzie tyle samo co noc, czyli 12 godzin (na biegunach Słońce znajduje się na linii widnokręgu przez 24 godziny). Dlatego 21 III nazwano dniem równonocy wiosennej. Na biegunie północnym kończy się noc polarna, a zaczyna dzień polarny. Na biegunie południowym sytuacja jest odwrotna. Poczynając od 21 III rośnie oświetlenie półkuli północnej, a punkt podsłoneczny (miejsce padania promieni zenitalnych) przemieszcza się coraz dalej na północ od równika.

b) 22 VI - początek astronomicznego lata na półkuli północnej i astronomicznej zimy na półkuli południowej. Promienie słoneczne w momencie górowania padają prostopadle najdalej na północ od równika, czyli na Zwrotnik Raka. Na półkuli północnej występuje najdłuższy dzień i najkrótsza noc - dlatego 22 VI nazwano dniem przesilenia letniego. Na półkuli południowej jest odwrotnie. Na północ od koła podbiegunowego północnego występuje dzień polarny (trwa dłużej niż 24 godziny), a na południe od koła podbiegunowego południowego noc polarna. Długość trwania dnia rośnie w kierunku północnym. Poczynając od 22 VI maleje oświetlenie półkuli północnej, a punkt podsłoneczny zaczyna się
przesuwać w kierunku równika.

c) 23 IX - początek astronomicznej jesieni na półkuli północnej i astronomicznej wiosny na półkuli południowej. Promienie słoneczne w momencie górowania padają prostopadle na równik. Ziemia oświetlona jest równomiernie, a dzień trwa tyle samo co noc, czyli 12 godzin. Dlatego 23 IX nazwano dniem równonocy jesiennej. Na biegunie północnym kończy się dzień polarny a zaczyna noc polarna, na biegunie południowym sytuacja jest odwrotna. Poczynając od 23 IX rośnie oświetlenie półkuli południowej, a punkt podsłoneczny przemieszcza się coraz dalej na południe od równika.

d) 22 XII - początek astronomicznej zimy na półkuli północnej i astronomicznego lata na półkuli południowej. Promienie słoneczne w momencie górowania padają prostopadle najdalej na południe od równika, czyli na Zwrotnik Koziorożca. Na półkuli północnej występuje najkrótszy dzień i najdłuższa noc - dlatego 22 XII nazwano dniem przesilenia zimowego. Na półkuli południowej jest odwrotnie. Na północ od koła podbiegunowego północnego występuje noc polarna (trwa dłużej niż 24 godziny), a na południe od koła podbiegunowego południowego dzień polarny. Długość trwania dnia rośnie w kierunku południowym. Poczynając od 22 XII maleje oświetlenie półkuli południowej, a punkt podsłoneczny zaczyna się przesuwać w kierunku równika.

Związek szerokości geograficznej z kątem padania promieni słonecznych.

Szerokość geograficzna określonego miejsca to kąt zawarty pomiędzy płaszczyzną równika a promieniem ziemskim tego miejsca. Przyjmuje wartości od 0 na równiku do 90 na biegunach i może być północna (N - z j. ang. north) lub południowa (S - z j. ang. south).

Ponieważ nachylenie osi ziemskiej do płaszczyzny orbity wynosi 6633', a nachylenie płaszczyzny równika ziemskiego do płaszczyzny orbity 2327', to szerokości geograficzne charakterystycznych równoleżników, związanych ze zmianami oświetlenia Ziemi, są następujące:
- koło podbiegunowe północne - 6633'N
- Zwrotnik Raka - 2327'N
- Zwrotnik Koziorożca - 2327'S
- koło podbiegunowe południowe - 6633'S

Istnieje ścisły związek pomiędzy kątem padania promieni słonecznych w momencie górowania a szerokością geograficzną. W dniach równonocy kąt padania promieni słonecznych w momencie górowania wynosi na równiku (0 szerokości geograficznej) - 90, a na biegunach (90 szerokości geograficznej) - 0. A zatem maleje od równika o l wraz ze wzrostem szerokości geograficznej o l. Można więc stwierdzić, że w tym samym dniu zmiana kąta padania promieni słonecznych w momencie górowania o określoną wartość związana jest ze zmianą szerokości geograficznej o taką samą wartość.

Strefy oświetlenia Ziemi.

Na podstawie zmian oświetlenia różnych szerokości geograficznych w ciągu roku, wyróżniono pięć stref oświetlenia Ziemi:
a) Strefa międzyzwrotnikowa - położona pomiędzy Zwrotnikiem Raka i Zwrotnikiem Koziorożca. Na każdej szerokości geograficznej w tej strefie zenitalne położenie Słońca występuje dwa razy w ciągu roku, na zwrotnikach tylko raz: 22VI na Zwrotniku Raka i 22 XII na Zwrotniku Koziorożca. Najmniejszy kąt padania promieni słonecznych w momencie górowania wynosi od 6633' na równiku do 4306' na zwrotnikach. Różnice w czasie trwania dnia i nocy są niewielkie - na zwrotnikach dochodzą do 2 godzin, zaś na równiku przez cały rok dzień jest równy nocy.

b) Strefy umiarkowane (północna i południowa) - położone pomiędzy zwrotnikami a kołami podbiegunowymi. Największy kąt padania promieni słonecznych w momencie górowania wynosi od 90 na zwrotnikach do 4654' na kołach podbiegunowych, a najmniejszy odpowiednio od 4306' do 0. Dzień i noc nigdy nie trwają dłużej niż 24 godziny, a różnica między ich długością rośnie wraz ze wzrostem szerokości geograficznej.

c) Strefy podbiegunowe (północna i południowa) - położone pomiędzy kołami podbiegunowymi a biegunami. Maksymalna wysokość słońca w tej strefie wynosi od 4654' na kołach podbiegunowych do 2327' na biegunach. Występują w niej dni i noce polarne trwające od 24 godzin na kołach podbiegunowych do sześciu miesięcy na biegunach (na biegunie północnym dzień trwa od 21 III do 23 IX, a noc od 23 IX do 21 III, na biegunie południowym jest odwrotnie).