Las estaciones, el equinoccio y los solsticios
Sólo hay dos momentos del año en los que el eje de la Tierra no se inclina ni hacia el sol ni en sentido contrario, lo que da lugar a una cantidad «casi» igual de luz y oscuridad en todas las latitudes. La palabra equinoccio deriva de dos palabras latinas: aequus (igual) y nox (noche). En el ecuador, el sol está directamente encima del mediodía en estos dos equinoccios. El hecho de que las horas del día y de la noche sean «casi» iguales se debe a la refracción de la luz solar o a una curvatura de los rayos de luz que hace que el sol aparezca por encima del horizonte cuando la posición real del sol está por debajo del horizonte. Además, los días se alargan un poco en las latitudes más altas (las que están alejadas del ecuador) porque el sol tarda más en salir y ponerse. Por lo tanto, en el equinoccio y durante varios días antes y después del mismo, la duración del día oscilará entre unas 12 horas y seis minutos y medio en el ecuador, a 12 horas y 8 minutos a 30 grados de latitud, y a 12 horas y 16 minutos a 60 grados de latitud.
Los solsticios (de verano & de invierno)
El solsticio de verano se produce en el momento en que la inclinación de la tierra hacia el sol es máxima. Por lo tanto, el día del solsticio de verano, el sol aparece en su máxima elevación con una posición de mediodía que cambia muy poco durante varios días antes y después del solsticio de verano. El solsticio de verano se produce cuando el sol está directamente sobre el Trópico de Cáncer, que se encuentra a 23,5° de latitud norte, y atraviesa México, las Bahamas, Egipto, Arabia Saudí, la India y el sur de China. En todos los lugares al norte del Trópico de Cáncer, el sol está en su punto más alto en el cielo y este es el día más largo del año.
El solsticio de invierno marca el día más corto y la noche más larga del año. En el hemisferio norte, se produce cuando el sol está directamente sobre el Trópico de Capricornio, que está situado a 23,5° al sur del ecuador y pasa por Australia, Chile, el sur de Brasil y el norte de Sudáfrica.
Para obtener una lista completa de las fechas de los solsticios de invierno y verano y de los equinoccios de primavera y otoño hasta 2025, consulte este sitio del Observatorio Naval de Estados Unidos. Un enlace de texto alternativo se encuentra aquí.
Las estaciones
Todos sabemos que la Tierra da una vuelta completa alrededor del sol una vez cada 365 días, siguiendo una órbita que tiene forma elíptica. Esto significa que la distancia entre la Tierra y el Sol, que es de 93 millones de millas de media, varía a lo largo del año. Durante la primera semana de enero, la Tierra se encuentra unos 1,6 millones de millas más cerca del Sol. Esto se denomina perihelio. El afelio, o el punto en el que la Tierra se aleja unos 1,6 millones de millas del sol, se produce durante la primera semana de julio. Este hecho puede parecer contrario a lo que sabemos sobre las estaciones en el hemisferio norte, pero en realidad la diferencia no es significativa en términos de clima y NO es la razón por la que tenemos estaciones. Las estaciones se deben a que la Tierra está inclinada sobre su eje 23,5º. La orientación de la inclinación con respecto al espacio no cambia durante el año; así, el hemisferio norte está inclinado hacia el sol en junio y alejado del sol en diciembre, como se ilustra en el siguiente gráfico.
La relación entre la duración del día y la temperatura
Hay un desfase entre el día más largo del año y las temperaturas medias más cálidas para la mayoría de los lugares de latitudes medias y altas.
En el norte de OH/noroeste de PA, la temperatura máxima diaria se produce casi 3 semanas después, a mediados de julio. Al igual que la parte más cálida del día suele ocurrir varias horas después del mediodía, cuando el sol está más alto en el cielo, también la parte más cálida del verano se retrasa con respecto al solsticio de verano. Este retraso se debe al tiempo necesario para que el suelo y el agua se calienten. Las temperaturas medias siguen subiendo hasta que el sol baja en el cielo. Aunque el efecto es evidente en un gráfico de la temperatura diaria, es más evidente si se observan los cambios en la temperatura media mensual. En Cleveland, el promedio de julio es 3,3°F más alto que el de junio, y el de agosto también es más cálido que el de junio en 2,8°F, aunque la duración de los días en agosto es considerablemente menor que la de junio.