يميل محور دوران الأرض حول نفسها بزاوية قدرها 23.5 درجة عن العمود النازل على مستوى دورانها حول الشمس (أي على مستوي الدائرة الكسوفية) وهذا الميل ثابت تقريباً لفترات طويلة. ان هذا الميل في محور دوران الأرض حول نفسها يؤدي بالنتيجة إلى تفاوت زاوية ميل أشعة الشمس الواقعة على الأرض واختلاف الجزء المعرض للشمس من الأرض بحسب اختلاف خطوط العرض فضلاً. عن اختلاف فترات النهار والليل بحسب المواقع. وهذا كله يؤدي إلى تعاقب الفصول الأربعة على الأرض، ولو كان محور الأرض عمودياً تماماً على مستوى دورانها حول الشمس لما حصلت التغيرات المناخية ولكان طول الليل مساوياً لطول النهار دائماً.

الشكل (1) تحصل الفصول الأربعة بسبب ميل محور الأرض

تكون الشمس في يوم 20 أو 21 آذار (مارس) من كل عام عند نقطة الاعتدال الربيعي Vernal Equinox وهي نقطة تقاطع مسار الشمس الظاهري (الدائرة الكسوفية مع خط الاستواء السماوي وقديماً كانت تؤشر هذه المثابة على دائرة البروج برأس برج الحمل وتسعى First Point Aries، وعندها يتساوى الليل والنهار فيصبح طول كل منها 12 ساعة تماماً. وتؤشر هذه النقطة بداية فصل الربيع في نصف كرة الأرض الشمالي. ومن الجدير بالذكر أن الاعتدال الربيعي يحصل حالياً والشمس هي في برج الحوت وليس في برج الحمل كما كان عليه الأمر قديماً، وسبب ذلك ترنّح محور الأرض.

وعند هذا تتغير مشارق الشمس من الجنوب إلى الشمال فيصبح شروق الشمس من نقاط هي إلى الشمال قليلاً من خط الاستواء، حتى تصبح الشمس عمودية على خط عرض 23.5 درجة شمالاً وهو المسعى مدار السرطان، وعندها يحصل الانقلاب الصيفي حيث يصير النهار أطول ما يكون والليل على أقصر ما يكون، ويحصل هذا الانقلاب في حدود 21 حزيران من العام.

وأما نقطة التقاطع الثانية لدائرة البروج مسار الشمس الظاهري) مع دائرة الاستواء السماوي فتحدث في حدود 23 أيلول (سبتمبر) من كل عام حيث تكون الشمس قد حلت في برج العذراء وتسمى هذه النقطة بالاعتدال الخريفي حيث تتغير مشارق الشمس من الشمال إلى الجنوب مؤشراً بداية فصل الخريف، وفي هذا اليوم يتساوى طول الليل والنهار.

ويستمر تغير مشارق الشمس جنوباً حتى تصير بحدود يوم 21/12عمودية على خط عرض 23.5 جنوباً وهو المسمى مدار الجدي فيحدث عندئذ الانقلاب الشتوي حيث يصبح النهار أقصر ما يكون عليه في نصف الكرة الشمالي وعلى العكس من ذلك يكون في نصف الكرة الجنوبي.

وقد سبق أن وصفنا اختلاف مشارق الشمس على مدار فصول السنة وذكرنا أن الشمس تشرق في الاعتدالين عند الشرق تماما وتغيب جهة الغرب تماماً. أما في فصل الصيف فإن الشمس تشرق من الشمال الشرقي وتغيب في الشمال الغربي، قاطعة على مسارها قوساً طويلاً، أما في الشتاء فستشرق من الجنوب الشرقي لتغيب في الجنوب الغربي. أنظر الشكل(2). وقد ظن البعض أن سبب تعاقب الفصول الأربعة على سطح الأرض هو اختلاف بعدها عن الشمس، وهذا مردود من وجوه، أولها أن الأرض تكون أقرب ما يكون إلى الشمس (أي حضيض مدارها) في حدود يوم 3 كانون الثاني من العام وفي هذا الوقت يكون الشتاء في منتصف الكرة الشمالي على أشد ما يكون. بينما تكون الأرض على أبعد ما يكون عن الشمس أوج مدارها في حدود يوم 4 تموز من العام، وفي هذا الوقت يكون القيض على أشده في نصف الكرة الشمالي ومن وجه آخر فلو كان البعد والقرب عن الشمس سبباً لتعاقب الفصول لكانت الأرض في أي وقت من العام جميعاً على فصل واحد ولما اختلفت الفصول بين شمالها وجنوبها.

شكل (2) يبين حركة الشمس في المشارق والمغارب بحسب الفصول