四季变换与地球公转有关,我们先来分析地球的运动,地球有两种基本的运动,一种叫自转——地球自身的旋转,另一种叫公转——绕着太阳的旋转.
自转是绕着穿过南北两极的地轴进行的,方向是自西向东,离两极越远的地方转速越快.与两极等距的那一圈叫赤道.地球自转一周的时间为一天,也就是24小时.
地球绕太阳公转的速度为每秒30公里,绕太阳一周需要365天5时48分46秒.也就是一年,天文学上称之为回归年.地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆,它的长直径和短直径相差不大,可近似为正圆.太阳就在这个椭圆的一个焦点上,而焦点是不在椭圆中心的,因此地球离太阳的距离,就有时会近一点,有时会远一点.一月初,地球离太阳最近,为147,100,000公里,这一点叫做近日点.七月初地球离太阳最远,为152,100,000公里,这一点叫做远日点.事实上,当地球在近日点的时候,北半球为冬季,南半球为夏季,在远日点的时候,北半球为夏季,南半球为冬季.这就说明,四季的变化与近日点和远日点无关.
那么四季的变化到底是怎么产生的呢?与公转有关,但是决定性的条件是地球必须斜着绕太阳转；如果地球是垂直的绕太阳旋转的话,太阳光线将永远直射在地球的赤道附近,而其他地方的地平面与太阳光线的夹角也永远不变,地球上将不会有四季的变化.
我们知道,地球上某一平面气温高低与太阳光是直射还是斜射该平面有关.那么这种效果是怎么产生的呢?我们来分析一下.假定有一束固定大小的光束,当他直射在某一平面时,他投射在该平面的光斑将是一个正圆,而斜射时,光斑将是一个椭圆,而且越斜椭圆越大,也就是说,斜射时同样多的光线照在了更大的面积上.我们可以理解为,光束斜射时光斑区的光线稀一些,直射时光斑区的光线浓一些.这就是为什么太阳光直射的地方气温要高一些,而斜射的地方气温要低一些.我们知道气温是决定季节的主要因素,所以我们不难理解太阳光直射的地方,将是夏季,而斜射得最厉害的地方将是冬季,这两者之间的则是春季或秋季.
那么四季的交替变化又是怎样形成的呢?这就与地球的倾斜有关了,正是由于地球是倾斜着绕太阳旋转的,才使得太阳光的直射以赤道为中心,以南北回归线为界限南北扫动,每年一次,循环不断,从而形成了地球上一年四季,顺序交替的现象.
具体情况是这样的,当地球公转到3月21日左右的位置时,阳光直射在赤道上,这时北半球的阳光是斜射的,正是春季,南半球此时正是秋季.当地球转到6月22日左右的位置时,阳光直射在北回归线上,北半球便进入了夏季,而南半球正是冬季.9月23日左右时,阳光又直射到赤道上,北半球进入秋季,南半球转为春季.当地球转到12月22日左右的位置时,阳光直射到南回归线上,北半球进入冬季,而南半球则进入夏季.接下来就进入了新的一年,新一轮的四季交替又要开始了.
