由於受到太陽引力的作用，地球圍繞著太陽在恆定的軌道上做圓周運動，周期是365天6時9分10秒，如此年復一年，從未間斷。在沒有任何支點支撐的情況下，地球以每小時10800千米的速度公轉，卻從來沒有偏離過假想出來的運行軌道。僅僅是想想如此快的速度，都會讓人感覺眩暈；但同時這個速度也是很緩慢的，只要稍微想一下，就會有一個大體的概念。地球在圍繞著太陽轉的同時也在自轉，自轉的周期是24小時，正是由於它的自轉，才有了白天黑夜的交替變換。地球自轉的軌道並不是水平的，相對於地球的公轉軌道，地軸是傾斜的，而且這個傾斜度始終不變。也就是說，地軸的方向一直都是一樣的，換言之，不管地球運行到公轉軌道上的哪個位置，地軸所指的方向都是一致的。
圖9向我們展示了地球公轉軌道上的四個最主要的位置。到A點，6月21日，夏天來了；B點，9月22日，秋天已到；C點，12月21日，冬天降臨；D點，3月20日，春天出現了。當地球在A點和B點之間運行時，那就是夏天；B點和C點之間就是秋天；C點和D點之間就是冬天；而D點和A點之間就是春天。在這裡，還需特別注意，在四個位置上，地軸指的都是同一個方向。由於地球的自轉和公轉，地球和太陽之間的相對位置發生了變化，才有了四季的變換。
假設現在是6月底了，這個時候的太陽是起得最早的。在我們所在的地方，這段時間，早上4點太陽就會從東方升起開始它一天的行程，日照時間長達16個小時，直到晚上8點太陽才會完全消失不見。正中午的時候，太陽幾乎是在我們頭頂的正上方，所以要看它的話，必須盡量向上看。不過這時候的太陽是非常耀眼且非常熱的！幾乎所有的太陽光都籠罩著整個大氣層，它的熱氣也滲進大地。在這個季節，我們會擁有最長的白天和最短的夜晚，白天有16個小時，夜晚有8個小時。再向北一點點，白天時間變長，夜晚時間變短。在有些地方，可能早上6點太陽就升起來，而到晚上10點才落下去；還有些地方，凌晨1點太陽就爬起來了，半夜11點才落下去；甚至有些地方太陽幾乎一直照射，太陽還未消失在地平線之前又馬上升了起來；離北極很近的地方是沒有黑夜的，在那裡，你會看到太陽從不落山，晚上和白天一樣亮，而在北極圈，太陽有時連續幾周甚至幾個月都不會落到地平線下，到了晚上依然可以像白天一樣看到太陽。
向相反的方向走，或者說向南走，你會看到完全相反的景象：太陽不很刺眼，溫度不高，白天時間短，晚上時間長；在南極附近，則沒有白天，只有黑夜。因此，在6月末，南北半球的黑夜和白天的時間完全是相反的：北半球日長夜短，陽光很刺眼，溫度很高，在北極的地方持續日照；南半球日短夜長，陽光很微弱，溫度很低，在南極的地方沒有日照。
南北半球的光照強度、日照時間不一，這是很好解釋的。圖10向我們展示了地球到達圖9中的A點時（也就是6月21日）與太陽的相對位置，那些平行線所表示的是太陽光線。這裡，我們沒有把太陽畫出來，因為如果按正確的比例畫，它與地球之間的距離有300米，在這本書上根本沒法呈現，所以我們就用這些太陽光線來代表太陽，地球在自轉的同時，也受到太陽光的照射。
地軸與地球的公轉軌道之間是有一定的傾斜度的，這一點我之前已經講過，而且從插圖上也能看得很清楚。從圖9中，可以看出，太陽光一次只能照射到球體的一半，另外一半是照不到的。因此，當地球的這一半是白天，那麼另一半就是黑夜。圖9中陰影部分所表示的就是太陽照不到的地方。面向太陽的白色部分表示白天，背向太陽的那部分則是黑夜。如圖所示，因為地軸是傾斜的，所以白天和黑夜的分界線並沒有經過兩極，而是穿過北極的右側，南極的左側。現在先想像一下地球繞著地軸轉，除了極點之外，地球表面上的每一個點都會繞著地軸做圓周運動，離極點越近的點，軌道長度就越小。現在，你們大體清楚地球自轉是怎麼一回事了吧？不過還是覺得這一切都很神秘，對吧？
如果現在你可以在腦海中想像出地球自轉的現象，那就沒什麼難的了。只要理解了地球自轉的道理，那麼從圖中很自然地就能看出：在北極和P圈（與白天黑夜的分界線相切）之間的這部分，在地球自轉一周的過程中，沒有一個時刻是離開太陽光的照射的；相對的，在南極和R圈之間的這部分，在24小時之內，始終沒有太陽光的照射，所以這部分一直都是處於黑暗之中。我們把圖中的P圈叫做北極圈，在6月21日這天，沒有黑夜。
現在，我們再往下看，看圖中的T圈，假設地球正在自轉，那麼在這個圈上，一開始收到太陽光照射的那些點，就會隨著地球的自轉轉到黑夜區域，也就是沒有太陽光的區域。這圈上的點也會經歷白天和黑夜之間的變換，從圖中還可以看出，白天的時間總是比黑夜的長，因為有太陽光照射的部分比沒有被照射的部分要大。因此，這圈上的點的白天比黑夜長。至於圖中的北極圈與T圈之間的部分，越靠近北極，白天就越長，黑夜就越短；而越靠近E圈（也就是赤道）所在的地方，白天就越短，黑夜就越長。仔細看圖，就能明白上面所講的內容了。同樣通過圖，我們還可以看出赤道上的每一個點，白天和黑夜的時間是均等的，都是12小時，因為赤道兩邊，黑的和白的各佔一半。
當北半球日長夜短時，南半球是什麼狀況呢？看插圖就一目了然了。從中可以看出，往南白天在慢慢縮短，而黑夜在慢慢延長，因為沒有陰影的部分在逐漸縮小，有陰影的部分在逐漸擴大。同時，南極附近的地方沒有白天，地球自轉時，這一區域並不會轉到有太陽光照射的地方，所以24小時之內，都是黑夜。因此，在6月21日，這部分區域是極夜。我們把圖中的R圈叫做南極圈。
太陽光射到地面產生的熱量因角度不同而不同，直射比斜射產生的熱量要多些。受太陽直射的地方溫度會很高，而受斜射的地方溫度會相對低一些。要理解這個道理很簡單，就跟我們用火爐取暖一樣。取暖的時候，我們會把手放在火爐正上方，這樣感受到的熱量是最多的，就跟太陽的直射一樣；當移開一點點的時候，感受到的熱量就不是那麼多，溫度也不會那麼高，就跟太陽斜射一樣。雖然地球是整個暴露在太陽光下的，但是每個地方接收到的太陽光都是不同的。有些地方是太陽直射，而有些地方不是。因此，在同一個時間，地球上各個地方的溫度不盡相同。有些地方是酷暑，有些地方則是寒冬。
如果知道了6月21日這天哪個地方受到太陽直射，就知道了哪些地方是最熱的。你們還記得前面講過的鉛垂線吧——與地球表面垂直的線，鉛垂線如果被延長，一定會通過地球球心。在圖10中，太陽光直射到T點，如果把太陽光線延長，那麼一定會經過球心，像這樣的光線就叫做垂直光線，它是指與地球表面垂直的光線。假如站在T點，就能感到一股強烈的熱量。這個位置的太陽光是最強的，T圈上所有的點都是一樣的，正午的時候都受到太陽光直射。我們把T圈稱作北回歸線，在6月21日這天，北回歸線上所有的點都將受到太陽直射。
6月21日這天，只有北回歸線上的點才會受到太陽直射，也只有射到北回歸線上的太陽光線被延長後會通過地球球心。而射到其他地方的光線都是斜的，同時，在北回歸線的兩邊，越往北或往南，光線的傾斜度越大，自然溫度也會越低。法國差不多是在北回歸線和北極圈的中間，雖然在6月21日這天太陽光線不是垂直的，但是也已經比任何時候都更接近於垂直，所以，在這天太陽也是接近最高點的。
6個月過去後，到了12月下旬，就是冬天了。會有什麼樣的轉變呢？這時候，要找太陽就不用把頭抬得很高了，只要稍微抬下，往前看，就能看到太陽差不多就在正前方。你會發現，太陽不是那麼耀眼了，而且好像產生的熱量也不高！發生什麼了？是它與地球的距離變遠了嗎？還是太陽的火在慢慢熄滅？兩者都不是。太陽的光還是那麼強烈，而且產生的光熱跟6個月前是一樣的，傳送到地球上的也是保持不變的。同時，太陽與地球之間的距離並不是變遠了，反而是更近了。還有，你們發現白天變得非常短了嗎？早晨太陽8點才升起來，而下午4點就已經落下去了。這時候白天變成8小時，而晚上有16個小時，剛好與6月份的時候是相反的。越往北，夜晚的時間越長，延長到18個小時、20個小時、22個小時，相應的，白天的時間越短，縮短到6個小時、4個小時、2個小時。在北極附近，太陽照射不到，只有黑夜，中午和夜晚都是一樣的。
來看下圖11，你們就會更明白了。圖11所表示的是，12月21日這天地球受太陽光照射的情況，也就是地球運行到圖9中C點時的情況。在地球繞著太陽轉了一大半圈後，地軸的傾斜度始終保持一致，並沒有任何的改變。不過，這時候太陽光是