Vì sao ở Bắc bán cầu mùa đông ngày ngắn đêm dài, mùa hè ngày dài đêm ngắn?
Vì sao có ngày và đêm? Như ta đã biết, đó là do Trái Đất tự quay quanh trục của mình. Khi tự quay, một nửa Trái Đất hướng về phía Mặt Trời, còn nửa kia nằm trong vùng khuất sáng. Phần hướng về Mặt Trời là ban ngày, phần bị Mặt Trời che khuất là ban đêm.
Kinh nghiệm đời sống cho thấy độ dài ngày và đêm không phải lúc nào cũng giống nhau. Mùa hè thường ngày dài đêm ngắn, còn mùa đông ngày ngắn đêm dài. Vì sao lại như vậy?
Nguyên nhân là Trái Đất không chỉ tự quay mà còn quay quanh Mặt Trời. Trục tự quay của Trái Đất không vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo quanh Mặt Trời, mà luôn nghiêng một góc 66 độ 33 phút. Trái Đất giống như một người nô bộc trung thành, luôn nghiêng mình quay quanh Mặt Trời. Chính độ nghiêng này tạo ra sự thay đổi bốn mùa và độ dài ngày đêm khác nhau. Khi Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo quanh Mặt Trời, vị trí tương đối của nó đối với Mặt Trời thay đổi, nên vị trí Mặt Trời chiếu thẳng xuống Trái Đất cũng liên tục thay đổi.
Trong một năm, điểm Mặt Trời chiếu thẳng xuống Trái Đất di chuyển giữa Nam bán cầu và Bắc bán cầu trong phạm vi 23 độ 27 phút. Vĩ tuyến 23 độ 27 phút nam gọi là chí tuyến Nam, còn 23 độ 27 phút bắc gọi là chí tuyến Bắc. Khi Mặt Trời chiếu thẳng vào vùng gần chí tuyến Nam, ánh sáng chiếu xuống Bắc bán cầu theo hướng xiên, Bắc bán cầu nhận ít ánh sáng Mặt Trời, nên bước vào mùa đông. Vì thời gian được Mặt Trời chiếu sáng ở Bắc bán cầu ngắn, còn thời gian nằm trong bóng tối dài hơn, nên mùa đông có ngày ngắn đêm dài. Ngược lại, khi Mặt Trời chiếu thẳng vào vùng gần chí tuyến Bắc, ánh nắng chiếu trực tiếp xuống Bắc bán cầu, khiến nơi này nhận được nhiều ánh sáng hơn và bước vào mùa hạ. Khi đó, thời gian Bắc bán cầu nhận ánh sáng dài hơn, còn thời gian không được chiếu sáng ngắn hơn, nên mùa hè ngày dài đêm ngắn. Ngày Mặt Trời chiếu thẳng vào chí tuyến Bắc gọi là hạ chí, đó là ngày Bắc bán cầu có ban ngày dài nhất và ban đêm ngắn nhất. Sau hạ chí, điểm chiếu thẳng của Mặt Trời dần chuyển từ chí tuyến Bắc về phía nam, ban ngày ngắn dần và thời tiết lạnh dần. Đến đông chí, Mặt Trời chiếu thẳng xuống chí tuyến Nam, đó là ngày Bắc bán cầu có ban ngày ngắn nhất và ban đêm dài nhất trong năm.
Vì điểm chiếu thẳng của Mặt Trời di chuyển giữa chí tuyến Bắc và chí tuyến Nam, nên trong một năm có hai lần ánh sáng Mặt Trời chiếu thẳng góc qua đường xích đạo: lần thứ nhất vào mùa xuân, gọi là xuân phân; lần thứ hai vào mùa thu, gọi là thu phân. Hai ngày này có đặc điểm chung là mọi nơi trên thế giới đều có ngày và đêm dài bằng nhau.
Ngoài ra, độ dài ngày đêm ở các vùng khác nhau cũng không giống nhau. Ví dụ vào ngày hạ chí, thời gian ban ngày ở Tiên Đầu, Quảng Đông là 13 giờ 30 phút; ở Bắc Kinh là 15 giờ; còn tại thị trấn Hắc Hà, tỉnh Hắc Long Giang, dài tới 16 giờ 18 phút. Vào ngày đông chí, ban ngày ở Tiên Đầu là 10 giờ 36 phút, ở Bắc Kinh là 9 giờ 16 phút, còn ở Hắc Hà chỉ còn 8 giờ. Qua đó có thể thấy, mùa hè càng đi về phía bắc thì ngày càng dài; ngược lại, mùa đông càng đi về phía bắc thì ngày càng ngắn.
