تتحرك الشمس ظاهرياً في دورة كاملة حول الأرض في اليوم، إذ تشرق صباحاً في الشرق لتتحرك على قوس مسارها في السماء متجهة إلى حيث تغيب غرباً. ثم تشرق ثانية صباح اليوم التالي من نفس الجهة خلال مسيرها الظاهري اليومي تتحرك الشمس على قوس دائرة عظمى في كرة السماء. وعند منتصف المسافة على كرة السماء بين الشروق والغروب تكون الشمس في أعلى نقطة لها بالنسبة إلى الأفق، وعند هذه النقطة يكون وقت الظهر والمسمى وقت الزوال لأن الشمس تعبر خط زوال الراصد عند هذا الوقت قد حل هذه الحركة الدائبة بين غروبين متتاليين للشمس تعرف لنا اليوم الشمسي بالاصطلاح الإسلامي، إذ يبدأ اليوم عند المسلمين عند غروب الشمس. ويعرف اليوم الشمسي بالاصطلاح الفلكي المعاصر أنه الفترة الزمانية بين ظهرين متتالين، أي عبورين متتاليين لخط الزوال. وهذه الفترة ثابتة على مدى جميع فصول السنة ومقدارها 24 ساعة بالضبط. بإمكاننا من خلال مراقبة ظل أي شاخص على سطح الأرض أن

 الشكل (1) زاوية ارتفاع الشمس

تتعرف إلى اختلاف مواقع الشمس في السماء باختلاف الفصول. راقب ظلك الماثل على أرض مستوية فمنه تستطيع دراسة حركات الشمس الظاهرية اليومية والفصلية، إن الخط الوهمي الواصل بين نقطة نهاية ظلك على الأرض وقمة رأسك والشمس يؤشر الارتفاع الزاوي للشمس، ومقداره الزاوية التي يصنعها هذا الخط الوهمي مع الخط الذي يصنعه الظل على الأرض (انظر الشكل (1) لا بد أنك ستلاحظ أن اتجاه الظل يكون على الدوام معاكساً للاتجاه الذي توجد فيه الشمس، وأن طول الظل يتغير مع تغير الارتفاع الزاوي للشمس. ففي ساعات الصباح يكون الظل طويلاً ممتداً بينما يكون عند الظهر أقصر ما يكون ولو كنت عند خط الاستواء تماماً لأصبح طوله عند الظهر صفراً بالضبط).

الشكل (2) اختلاف ميل الشمس بحسب الفصول

ولو راقبت ظلك على مدار السنة فإنك ستلاحظ أن ظلك في ظهيرة أيام الصيف يكون أقصر منه في أيام الشتاء، مما يعني أن الشمس تكون أكثر ارتفاعاً في الصيف ولذا يقال أن الشمس تكون شبه عمودية صيفاً، بينما تكون ماثلة شتاءاً، ولو أنك راقبت طول ظلك لظهيرات عديدة أيام الصيف فإنك ستجده أقصر ما يكون عند ظهيرة يوم معين وهذا اليوم هو 21 حزيران (يونيو) من كل عام وعنده يحصل الانقلاب الصيفي Summer Solstice وفيه يكون النهار على أطول ما يكون والليل على أقصر ما يكون، فيما لو أنك راقبت طول ظلك في الشتاء فإنك ستجد طول ظلك . على أطول ما يصبح يكون في يوم معين وهو 21 كانون الأول (ديسمبر) وعنده يحصل الانقلاب الشتوي Winter Solstice   وفيه يكون النهار على أقصر فتراته والليل على أطول فتراته والارتفاع الزاوي للشمس فيه وقت الظهر أقل ما يكون. في منتصف الفترة ما بين الانقلاب الصيفي والانقلاب الشتوي يحصل الاعتدال الخريفي Autumnal Equinox حيث تشرق الشمس من الشرق الجغرافي تماماً وهو يقع في حدود يوم 2 أيلول (سبتمبر)، وما بين الانقلاب الشتوي والانقلاب الصيفي يقع الاعتدال Equinox في حدود يوم 21 آذار (مارس)، وفيها يكون ذلك متوسطاً بين أقصره وأطوله. كما يتساوى طول الليل والنهار في هذين اليومين من أيام السنة. إن هذه الفترة التي أشرها طول ظلك ما بين طول أقصى وقصر أدنى وطول أقصى تعرف وحدة للزمن وهي السنة الشمسية Solar Year