Planeta Země vykonává současně několik pohybů, které ovlivňují změny v průběhu dne i roku.

Stálé naklonění zemské osy při obíhání Země kolem Slunce způsobuje nerovnoměrné ozařovaní povrchu Země slunečními paprsky. Tyto změny jsou jednak v úhlu dopadajích paprsků a současně také v délce osvitu během dne. Tyto proměny jsou nejvýrazněji patrné v oblastech mírného a polárního podnebného pásu a označujeme je jako střídání ročních období.

ROK je časová jednotka, která je odvozena od pohybu Země kolem Slunce.

Podle vzájemné polohy Slunce a Země astronomové určují začátky astronomických ročních období. Díky stálému naklonění zemské osy dochází při oběhu k situacím, kdy se osa nejvíce přikloněna (či odkloněna) od Slunce a kdy je zemská osa přesně bokem ke Slunci. Jako důsledek této vzájemné polohy můžeme na Zemi pozorovat rozdíly v délce dne a noci. 

ZIMNÍ SLUNOVRAT  - začátek zimy na severní polokouli. Zemská osa na severní polokouli je nejvíce odkloněna od Slunce, světlá část dne je nejkratší a temná část dne je nejdelší v roce (na severní polokouli). Vždy okolo 20. prosince, poměr dne a noci v našich oblastech je 8 ku 16 hodinám.

LETNÍ SLUNOVRAT  - začátek léta na severní polokouli. Zemská osa na severní polokouli je nejvíce přikloněna ke Slunci, světlá část dne je nejdelší a temná část dne je nejkratší v roce (na severní polokouli). Vždy okolo 20. června, poměr dne a noci v našich oblastech je 16 ku 8 hodinám..

JARNÍ A PODZIMNÍ ROVNODENNOST - začátek jara nebo podzimu. Zemská osa je přesně bokem ke Slunci a světlá i temná část dne jsou stejně dlouhé. Vždy okolo 20. března a 20. dubna, poměr dne a noci je 12 ku 12. Začátky astronomických ročních období nelze určit obecně platným datem, neboť náš kalendář je odlišný.

Nestejné délky ročních období byly zjištěny astronomy již v antice, délky letního a zimního období jsou rozdílné, léto na severní polokouli trvá 93,6 dne zatímco zima pouze 89,0 dne.Později dospěli astronomové k závěru, že Země se při oběhu kolem Slunce pohybuje nerovnoměrně, tedy různou rychlostí. Až Kepler zjistil, že pohyb Země kolem Slunce neprobíhá po kruhové nýbrž po eliptické dráze.

Krajní situace, kdy je Země nejdále nebo naopak nejblíže ke Slunci nemají žádný vliv na střídání ročních období (jak si mylně mnozí lidé myslí). Tyto situace vzájemných poloh Země a Slunce označujeme jako přísluní a odsluní.

• přísluní (Země je nejblíže Slunci) ve vzdálenosti 147 milionů kilometrů od Slunce prochází Země v období 2. – 5. ledna
• odsluní (Země nejdále od Slunce) při vzdálenosti 152 milionů kilometrů od Slunce je v období 1. – 5. července.

Země ve větší blízkosti Slunce se pohybuje rychleji, než ve větší vzdálenosti. Protože Země se nachází blížeji Slunci v období zimy na severní polokouli, máme u nás kratší zimu než léto. Matematický popis eliptických drah planet podal Johannes Kepler ve svých zákonech.

Rozhodujícím faktorem, který vyvolává střídání ročních období, je tedy sklon rotační zemské osy, činí asi 67° a stálý směr zemské osy ve vesmíru. Při pohledu na severní pól probíhá pohyb Země kolem Slunce PROTI SMĚRU hodinových ručiček.

Země obíhá kolem Slunce po eliptické dráze. Největší vzdálenost od Slunce je 1,017 násobek a nejmenší vzdálenosti je 0,983 násobek průměrné hodnoty. Nepatrná odchylka od kruhového tvaru dráhy má za následek až 7% nepravidelnosti v hustotě zářivého toku (W.m-2), který na atmosféru Země dopadá ze Slunce. Teoreticky propočítané změny hodnot teplot vyzařování Země v přísluní a odsluní dosahují maximálně 4 až 5 °C. Rozdíly průměrných denních teplot v ročních obdobích zima – léto jsou mnohem větší. Proto odchylka od kruhové dráhy nemá téměř žádný vliv na sezónní změny klimatu, není rozhodující pro střídání ročních dob.

Konkrétně na severní polokouli v létě je Země v odsluní, nejvzdálenějších místech eliptické dráze. Proto není pravda, že je u nás léto, jelikož jsme nejblíže ke Slunci. Je tomu právě naopak, tudíž máme mírnější zimy a chladnější léta než na jižní polokouli.

 

Den je časová jednotka odvozená od rotace Země kolem své osy. Země se otáčí okolo své osy od západu k východu, při pohledu shora na severní pól rotuje proti směru hodinových ručiček.

V astronomických tabulkách je uváděna hodnota periody rotace Země 86 164,1 s, zatímco jednoduchý výpočet dává 60 (sekund) x 60 (minut) x 24 (hodin) = 86 400 s. Tím vzniká rozdíl 235,9 s, tedy téměř 4 minuty. Jde o rozdíl mezi hvězdným a občanským (slunečním) dnem. Zjednodušeně řečeno hvězdný den je určován jako doba otočení vzhledem ke hvězdám zatímco občanský den je stanovován vzhledem ke Slunci, používáme proto i termín sluneční den. Časový rozdíl je tedy způsoben pohybem Země kolem Slunce.

Siderický (hvězdný) den je přesně definován jako doba, která uplyne mezi dvěma po sobě následujícími horními kulminacemi jarního bodu (kulminace je vrcholení výstupu hvězdy na obloze), jeho přesná doba je 23 hodin 56 minut 4,1 sekundy. V běžném životě používáme tzv. občanský den trvající 24 hodin, jeho délka je odvozena z rotace Země.

V oblastech pólů pozorujeme existenci polární noci a dne. Polární nocí nazýváme období, kdy Slunce zůstává více než 24 hodin pod horizontem a je tudíž pořád tma. Polární noc nastává proto, protože Slunce nevystoupí nad obzor. Tato situace nastává na zeměpisných šířkách větších než 66,5 o respektive - 66,5 o , tedy za oběma polárními kruhy. Trvá tím déle, čím je dané místo blížeji k pólům. V zimním období trvá přesně na pólu polární noc půl roku. V létě naopak nastává polární den, kdy je Slunce na místech v polárních oblastech nad horizontem více jak 24 hodin (polární kruh). Na pólu nastává po dobu půl roku polární den. Slunce při polárním dni neklesá níž pod obzor než 6 o, kdy hovoříme o občanském soumraku.

Jako soumrak označujeme situaci, kdy již není vidět samotné Slunce, ale jeho parsky stále ještě osvětlují oblohu. Trvání soumraku je určeno deklinací Slunce a zeměpisnou šířkou místa pozorování. S rostoucí zeměpisnou šířkou se trvání soumraku prodlužuje.

Občanský soumrak je trvá od západu Slunce do okamžiku, kdy střed Slunce dosáhne výšky 6o pod obzorem. Na rovníku trvá tzv. občanský soumrak přibližně jen 25 minut, zatímco u nás na zeměpisné šířce 50o zhruba 50 minut.

Deklinace je úhel měřený po deklinační kružnici od rovníku k světovým pólům. Dosahuje hodnot od nuly (rovník)do + 90o (severním pól) nebo - 90o (jižní pól).

Bílé noci, tzv. celonoční občanské soumraky nastávají v místech na Zemi, kde Slunce nezapadá nížeji pod obzor než 6 o Příkladem je Petrohrad v Rusku, kde bílé noci pozorujeme zhruba v období konec května až července, tedy kolem letního slunovratu.