太阳吸引着地球围绕它作公转运动，公转一周时间需要365日5时48分46秒，周而复始，日夜不停。在浩瀚无垠的宇宙中，孤零零的没有任何支撑的庞大地球以每小时10800千米的速度围绕太阳快速公转，而且永远不会偏离其固定轨道。公转速度如此之快，可能会让你连想想都觉得头晕目眩。地球在围绕太阳公转的同时，也在沿着自转轴进行自转，自转周期为24小时，地球自转产生日夜更替。但是地球的自转不是中规中矩地前后旋转，而是有一定的倾斜度，即地球的自转轴与地球围绕太阳公转的轨道面的垂直线呈23°27′，也就是地球的赤道与地球公转轨道面之间的倾角（称为黄赤交角）为23°27′，这个倾斜度在地球自转公转过程中保持不变。
图2显示了地球在公转运动中的4个重要位置点，每年约6月21日，地球转到A点，北半球夏季开始；约9月22日，到B点，秋天到来；约12月21日，到C点，冬天降临；约3月20日，到D点，春天的脚步就临近了。地球公转到AB之间，地球就是炎炎夏日，BC之间是凉爽秋天，CD之间是严寒冬季，DA之间是温暖春天。仔细观察图2，我们可以看出，代表地轴的那条线看起来是倾斜的，而且倾斜方向保持不变，总是指向地球的北极。因此，地球处于运行轨道的不同位置时，太阳光投射到地球上的方向也就不同，于是形成了地球上的四季变化。
图2让我们假设现在时间是6月底，即一年中太阳升起最早的月份。太阳在早上4点从东方地平线冉冉升起，阳光涌射，带给我们一天长达16小时的光和热。在晚上8点，夕阳西下，太阳发挥完最后的余热。在中午，虽然太阳不是位于我们头顶正上方，但是我们也需要抬头直面朝上才能看到太阳的踪影。太阳如此炙热、如此灿烂耀眼，用它无穷无尽的光热能量照耀大地。在这个季节，我们的白天最长，长达16小时；夜晚最短，只有8小时。越往北方，白天时间越长，夜晚时间越短，在那里你会发现太阳更加勤奋，它在凌晨2点就开始工作，晚上10点才落山。再往北，太阳在凌晨1点升起，晚上11点落下。在更遥远的北方，太阳甚至刚刚落入地平线就要升起。在靠近极点地区，你会见证壮观的极昼景象。在这里，长达几个星期甚至是几个月，太阳都不会降落，即使是午夜时刻也是阳光灿烂，像大白天一样的明朗——这一段时间只有白天，没有夜晚。
如果你朝着相反的南方旅行，你会发现，阳光不再那么炙热夺目，气候温和不炎热，白天越来越短，夜晚越来越长。等你到了南极点，你会发现，在一段时间内，那里只有黑夜没有白天。总结一下就是：到了6月底，地球南北半球的情况完全相反：北半球气候炎热，昼长夜短，北极是极昼；南半球却气候寒冷，夜长昼短，而南极点是极夜。造成南北半球光线强度如此大相径庭的原因很简单。
图3所示的是6月21日地球在图2中A点位置时接受阳光照射的情况。平行的虚线表示太阳光线。至于太阳嘛，如果按照同比例缩小，我们会看到一个直径为1.5米的、被安放在距离地球300米远的一个大圆球。本书中是放不下的，所以在这里它没有出现的必要。你只要想象有这样一个大发光体在图2中地球的左边，并且地球围绕着它作公转运动。
图3太阳只能照射地球的某一半球，接受太阳照射的半球处于白天，艳阳高照，而另外半球则处于黑夜，只有星星闪耀。在图3中，白色的部分表示被太阳照射的部分，是白天；黑暗的部分是不接受阳光照射的部分，是夜晚。如前所述，在图3里也可以看得很清楚，地球不是围绕着太阳作中规中矩的公转自转运动，地球绕轴自转，而地轴与地球公转轨道平面之间有一定的倾斜度。由于地轴与地球公转轨道面间的倾斜角度，造成了黑暗与光明、夜晚与白天不均等地交替转换。在图3中可直观地看到白天与黑夜的分界与地轴不重合。现在来想象一下，地球正在绕轴自转。在自转过程中，地球表面的每一点除了两个极点，都会旋转成一个圆圈，越靠近地球的极点，这个圆形就越小。你脑海中当然可以想象出来这种情形。
如果你能在脑海中想象出地球绕着地轴自转的景象，就会很容易理解下面的内容。在图3中，北极点和圈线P之间的地球表面地区，在地球自转一周的时间内，将不会离开太阳的照射，而不会陷入黑暗。也就是说，在图3所示的自转过程中，靠近北极点的区域只有白天，没有夜晚，圈线P被称为北极圈，在6月21日这一天，北极圈内没有夜晚。
继续看图3，我们来研究一下在地球自转中过程中其他地区的情况。T线上的所有点，在地球自转过程中都会经历由白天到夜晚的转变。但是，从图3中我们可以很明白地看出，这条线在自转过程中，处在阳光照射的白色区域的长度比处在黑暗区域的长度要长，因此这条线附近地区的白天要比夜晚长。圈线P和T间的区域在图3中没有画出像P和T一样的圈线来，但是我们可以想象得出来，越靠近北极地区，白天时间越长，夜晚时间越短。当然，从另一方面来说，越靠近线E的地区，夜晚逐渐变长，白天逐渐缩短。圈线E被称为赤道。仔细看一下图3，你会发现在这一条线，处在白色区域和阴影区域的两部分是一样长的，也就是说，白天和夜晚的时间一样长，即都是12小时。
在北半球地区，白天时间长于夜晚时间，那么在南半球是什么情况呢？一看图3就能明白——往南阴影区域的面积逐渐增加，白色区域的面积逐渐缩减。同样，南极点附近地区，在地球自转一周的过程中，一点太阳光的恩泽都接受不到，在图3所示的圈线R的区域内，一天24小时都处于黑暗之中。圈线R被称为南极圈，在6月21日，整个南极圈内都是夜晚。
太阳以温暖的阳光照耀着地球。太阳直射地球的光线强度要比倾斜光线热烈得多。接受阳光直射的区域气候非常炎热，太阳就像一个大火球挂在空中，而非太阳直射区域气候比较凉爽宜人。同样的道理，虽然地球总是沿着太阳作公转运动，但是，太阳光线不能每时每刻都平均照耀地球的每一个区域，一些地区接受太阳强光直射，而另外一些地区则接受或强或弱的阳光斜射。因此，在地球的每个区域，气候都不一致，一些地区因为有强烈的阳光直射，所以气候炎热，被称之为夏天；而有些地区，因为只有微弱阳光照耀，好像是只有一个惨白的太阳挂在空中，不能提供足够的热量，气候寒冷，这些地区处于冬天。
如果我们知道在6月21日哪些地区接受阳光直射，我们就可以知道哪些地区是这一天中最炎热的地区。我相信大家现在还没有忘：垂直于地球表面的任何一条垂线，如果无限延长的话，都会经过地球中心。在图3中，很明显，到达地表的所有光束中，只有经过T点的光束，无限延伸的话才经过地球中心。只有这一条光束才是垂直光束，太阳直接照射，如果你站在T点，你会接收到太阳最强烈的光线。太阳在这一点将它最热情的光热尽情撒播，T线上的任意一点在自转过程中都会经过T点，这条线上的任意一点在转到T点的时候都会在正午时分直面太阳。T线被我们称为北回归线。北回归线就是在6月21日，这条线上的任何地点都接受阳光直射。在6月21日，除了这条线上的地点，任何地区都没有阳光直射，也就是说，任何到达地球表面的光束经过延长都不会经过地心。其他的任何地区，太阳光线都是斜射的，不管是往南还是往北，越远离北回归线，阳光斜射就越严重。离开回归线的南北两端地区，气温会逐渐降低，不再那么炎热。例如，法国位于北回归线和北极圈中间地带，6月21日是法国在一年之中阳光最接近直射的时日。在这一天，你抬起眼睛，几乎要在天空中的最高点才能找到太阳的踪影。