昼夜变化
地球自转造成了地表各处昼夜的交替。天文学上把昼半球和夜半球的分界线叫做晨昏线。晨昏线把所经过的纬线圈的昼弧和夜弧的两部分。昼弧和夜弧的长度就决定了一个地方的昼夜长短变化则反映了不同纬同及不懂季节的昼夜变化规律。
昼夜变化的规律形成昼夜长短变化的原因是地球的地轴是倾斜的，一直指向北极星附近
秋来夏往，冬去春回，年复一年，四季永远这样循环着。这种四季冷暖的周而复始是怎样形成的呢？
我们都有烤火取暖的体验。当我们正对着炉火时，感觉特别烤人；斜对着时，就不那么热了。此外，注意观察的同学，会发现这样一个现象：朝南的房间，冬天充满阳光，而夏天阳光却射不到室内。这说明太阳的高度在变化：冬天低，阳光斜射；夏天高，阳光直射。想想这些现象的道理，与天气冷暖变化联系起来，四季变化形成的原因就不难理解了。
太阳高度周期性的变化，造成周期性的直射和斜射。太阳高度为什么会有周期性的变化呢？
地球在绕太阳公转的过程中，地轴始终与轨道面倾斜成66度33分的夹角。由于地轴的倾斜，当地球处在轨道上不同位置时，地球表面不同地点的太阳高度是不同的。太阳高度大的时候，太阳直射，热量集中，就好像正对着火炉一样；而且太阳在空中经过的路径长，日照时间长，昼长夜短，必然气温高，这就是夏季。反之，太阳高度小时，阳光斜射地面，热量分散，相当于斜对着火炉；而且太阳在空中所经路径短，日照时间短，昼短夜长，气温则低；由冬季到夏季，太阳高度由低变高。同样道理，太阳高度的变化影响着昼夜的长短和温度的高低，分别形成了秋季和春季。
由于地球永不停歇地侧着身子，围绕太阳这个大火炉运转，这种冷暖便不停地交替着，从而形成了寒来暑往的四季。
在太阳照射下，地球被分为昼夜两个半球：向太阳的半球是昼半球，背太阳的半球是夜半球。昼夜两半球之间的分界线，被叫做晨昏线，是地球的一个大圆。晨昏圈经过的各地，正经历着一天中的清晨或黄昏。那里见到的太阳，正好位于东方或西方的地平上。
地球不仅在空间有昼夜半球之分，而且，由于地球的自转和公转，昼夜两半球在时间上不断地相互交替，使得各个地点时而位于昼半球，因而经历着白昼；时而位于夜半球，因而经历着黑夜。这叫做昼夜交替。昼夜交替的周期，就是通常所谓的1日，叫太阳日，它不同于恒星日。恒星日是单纯的地球自转的周期，而形成太阳日的，不仅是由于地球自转，还包括地球的公转，是二者的会合周期*。
昼夜的长短，视晨昏圈分割纬线的情况而定。一般情形下，纬线被晨昏圈分割成两部分：位于昼半球的部分叫昼弧；位于夜半球的部分叫夜弧。昼弧和夜弧的弧长，决定该地的昼长和夜长：弧长15°，折合时间1小时。……
各地的昼夜长短，因晨昏圈随太阳直射点的移动而发生变化：
当太阳直射点落在赤道（春秋二分）时，晨昏圈通过两极（与经圈重合），等分所有纬线。因此，全球各地昼夜等长。
北至日，太阳直射点移至北回归线，晨昏圈偏离两极，与南、北极圈相切。这时，昼弧与夜弧的分割最为悬殊。如图所示：北半球（太阳直射的半球）各纬度昼最长而夜最短；南半球相反。北半球的昼长和南半球的夜长，皆随纬度增高而增大。到北极圈内，纬线全线是昼弧，昼长达24小时，“夕阳”连着“朝辉”，终日太阳不落，称为极昼。在南极圈内，纬线全线位于夜半球，24小时漫漫长夜，终日不见太阳，称为极夜。赤道是唯一保持昼夜等长的地方。从几何上说，赤道和晨昏圈都是地球的大圆；两个大圆相交，必相互等分。
南至日（北半球冬至日），太阳直射点移至南回归线。这时，南北两半球的昼夜长短分布情形，与北至日相反。