Vuodenajat

Vuodenaikojen vaihtelu johtuu maapallon ekvaattorin ja ekliptikan välisestä kulmasta. Maapallon pinnalle saapuva lämpömäärä riippuu kolmesta tekijästä, jotka kaikki puolestaan ovat seurausta Auringon näennäisestä suunnasta.

Ensinnäkin matalalta paistavan Auringon säteily heikkenee joutuessaan kulkemaan pitemmän matkan ilmakehän lävitse. Toiseksi sen säteet kohtaavat maanpinnan vinosti, joten pinta-alayksikölle osuu vähemmän säteilyä. Kolmas tekijä on päivän pituus: kesän pitempinä päivinä Aurinko lämmittää maanpintaa kauemmin kuin talvella.

Jos maapallon akseli olisi kohtisuorassa ekliptikaa vastaan, ja ekliptikan kaltevuus siten nolla, Auringon näennäinen rata taivaalla olisi kullakin paikkakunnalla aina sama ja päivän pituus olisi sama kaikkialla. Silloin ei vuodenaikojen vaihtelua olisi, vaan ilmasto riippuisi pelkästään leveysasteesta.

Ekliptikan kaltevuuden vuoksi Auringon näennäinen liike taivaalla vaihtelee vuoden mittaan ja sen seurauksena vaihtelevat myös maapallon eri alueiden saamat lämpömäärät. Tämä aiheuttaa ne ilmastolliset muutokset, jotka tunnemme vuodenaikoina.

Auringon näennäisiin liikkeisiin liittyvät myös tietyt maapallon pinnan leveysasteet.

Kääntöpiirien välisellä alueella päiväntasaajan molemmin puolin Aurinko paistaa zeniitistä johonkin aikaan vuodesta. Pohjoisella eli Kravun kääntöpiirillä tämä tapahtuu kesäpäivänseisauksen aikaan. Eteläisellä Kauriin kääntöpiirillä Aurinko käy zeniitissä talvipäivänseisauksen aikaan. Kääntöpiirien leveysasteet ovat +epsilon ja -epsilon, eli juuri ekliptikan kaltevuuden suuruiset.

Napojen ja napapiirien välisellä alueella Aurinko voi paistaa läpi yön. Pohjoinen napapiiri määritellään leveysasteena 90-epsilon. Tämä on eteläisin leveysaste, jolla Auringon keskipiste keskiyöllä kesäpäivänseisauksen aikaan ei laske horisontin alapuolelle. Auringon yläreuna voi kyllä keskiyöllä näkyä etelämpänäkin. Lisäksi ilmakehän vuoksi Aurinko näkyy hieman todellista ylempänä. Yksinkertaisuuden vuoksi napapiiri kuitenkin määritellään juuri yllämainitulla tavalla.

Sekä kääntö- että napapiirien leveydet riippuvat yksinkertaisella tavalla ekliptikan kaltevuudesta. Ne eivät siis ole mitään satunnaisesti keksittyjä lukuja, vaan liittyvät maapallon ja sen radan geometriaan. Koska ekliptikan kaltevuus muuttuu, myös kääntö- ja napapiirien paikat vaihtelevat ajan mittaan.