وفي الوقت الذي تدور فيه الأرض حول نفسها تنتقل وتتحرك حول الشمس وتتم دورتها في سنة أو في 4/1 365 يوماً. وتسمى هذه الحركة بالدورة السنوية. والطريق الذي تسلكه الأرض في انتقالها حول الشمس يسمى فلك الأرض أو مدار الأرض. وهو ليس على شكل دائرة مركزها الشمس وإنما على شكل بيضاوي، ولذلك تكون الأرض أقرب الى الشمس مرة، وبعيدة عنها مرة أخرى في كل سنة، ومن ثم يظهر قرص الشمس كبيراً في الشتاء وصغيراً في الصيف (شكل 1).

وقد سبق أن عرفنا أن محور الأرض مائل دائماً عن فلكها بزاوية مقدارها 2/231 ̊ ، وهو يحافظ على اتجاهه في أثناء دوران الأرض حول الشمس. وميل المحور في أثناء دوران الأرض حول الشمس يفسر لنا حقيقتين هامتين هما:

1- اختلاف طول الليل والنهار.

2- حدوث الفصول الأربعة.

اختلاف طول الليل والنهار:

حينما ننظر الى الشكل (2) نلاحظ أن الأرض تقع في موضع من مدارها بحيث يتجه قطبها الشمالي نحو الشمس، ومن ثم يتعرض القسم الأكبر من نصف الكرة الشمالي للضوء، ويقع القسم الأصغر في الظلام، ولذلك يكون النهار فيها أطول من الليل. ويزداد طول النهار كلما اتجهنا شمالاً في خط الاستواء، حتى ما اذا وصلنا الى الدائرة القطبية الشمالية وجدنا النهار يشغل اليوم كله، بينما ينعدم الليل ويتساوى طول الليل والنهار عند خط الاستواء، فتصبح فترة كل منهما 12 ساعة. ويحدث العكس في نصف الكرة الجنوبي فيطول الليل ويقصر النهار بالاتجاه جنوباً. وعند الدائرة القطبية الجنوبية ينعدم النهار.

وحينما ننظر الى الشكل (3) نلاحظ أن الأرض تقع في موقع من مدارها بحيث ينحرف قطبها الشمالي عن الشمس. ومن ثم يتعرض القسم الأكبر من نصف الكرة الشمالي للظلام، وتبعاً لذلك يقصر فيها النهار ويطول الليل. ويزداد الليل طولاً بالاتجاه شمالاً حتى يشغل اليوم كله عند الدائرة القطبية الشمالية.

ويحدث عكس ذلك في نصف الكرة الأرضية الجنوبي، فيقصر الليل ويطول النهار ليشغل اليوم كله عند الدائرة القطبية الجنوبية، ويبقى طول النهار مساوياً لطول الليل عند خط الاستواء. وعندما لا  شكل (3): القطب الشمالي منحرف عن الشمس يميل أحد القطبين نحو الشمس، تصل أشعة الشمس الى القطبين فيتساوى حينئذ طول الليل والنهار على جميع بقاع الأرض (شكل 4).

مما سبق يتضح لنا الحقائق الآتية:

1- أن الليل والنهار يتساويان في طولهما عند خط الاستواء.

2- وهما يتساويان أيضاً على جميع جهات الأرض عندما تتعامد الشمس على خط الاستواء.

3- أن الاختلاف بين طوليهما قليل فيما بين المدارين.

4- يعظم الاختلاف بين طوليهما كلما ذهبنا شمالاً أو جنوباً بعيداً عن المدارين.

5- يتراوح أقصى طول الليل أو النهار في الأقاليم القطبية بين 24 ساعة عند الدائرتين القطبيتين وستة شهور عند القطبين.

الفصول الأربعة:

تنشأ الفصول الأربعة من دوران الأرض حول الشمس مع ميل المحور، وهذا الميل يجعل أشعة الشمس تسقط عمودية على خط الاستواء مرتين فقط كل سنة، في يوم 21 مارس وهو يسمى بالاعتدال الربيعي حين يبدأ الربيع وفي يوم 23 سبتمبر ويسمى بالاعتدال الخريفي حين يبدأ الخريف.

أما في يوم 21 يونيو فيكون محور الأرض مائلا نحو الشمس فتكون أشعة الشمس عمودية على مدار السرطان (خط عرض 2/1 23 ̊  شمال خط الاستواء) ويكون هذا وقت الانقلاب الصيفي حين يبدأ فصل الصيف في نصف الكرة الشمالي، فتشتد الحرارة ويطول النهار. وفي يوم 21 ديسمبر تتعامد الشمس على مدار الجدي (خط عرض 2/1 23 ̊  جنوب خط الاستواء فيكون هذا وقت الانقلاب الشتوي حين يبدأ موسم الشتاء، فتنخفض الحرارة ويطول الليل في نصف الكرة الشمالي.

وحينما ننظر الى الشكل رقم (5) الذي يبين أوضاع الأرض في مدارها حول الشمس في وقتي الاعتدالين ووقتي الانقلابين نلاحظ ما يأتي:

1- في يوم 21 مارس تسقط أشعة الشمس عمودية على خط الاستواء، فيتعادل ميل أشعتها على نصفي الكرة، فيتساوى عليهما الليل والنهار، كما تتعادل فيهما الحرارة، وحينئذ يبدأ الربيع في نصف الكرة الشمالي، والخريف في نصفها الجنوبي.

2- وفي يوم 23 سبتمبر تسقط أشعة الشمس مرة أخرى عمودية على خط الاستواء، فيتعادل ميل أشعتها على نصفي الكرة، ويتساوى عليهما الليل والنهار كما تتعادل فيهما الحرارة، وحينئذ يبدأ الخريف في نصف الكرة الشمالي، والربيع في نصفها الجنوبي.

هذا ويعرف الربيع بفصل الانتقاء من الشتاء الى الصيف، كما يعرف الخريف بفصل الانتقاء من الصيف الى الشتاء.

3- في يوم 21 يونيو تسقط أشعة الشمس عمودية على مدار السرطان، ومن ثم تسقط أشعتها عمودية على نصف الكرة الشمالي، ومائلة على نصفها الجنوبي، فيطول النهار، وترتفع الحرارة في النصف الشمالي، ويقصر النهار وتنخفض الحرارة في نصفها الجنوبي، وتبعا لذلك يحل الصيف في نصف الكرة الشمالي، والشتاء في نصفها الجنوبي.

4- في يوم 21 ديسمبر تسقط أشعة الشمس عمودية على مدار الجدي ومن ثم تسقط أشعتها مائلة على نصف الكرة الشمالي، وعمودية على نصفها الجنوبي، فيقصر النهار وتنخفض الحرارة في النصف الشمالي، ويطول النهار وترتفع الحرارة في النصف الجنوبي، وبذلك يحل الشتاء في نصف الكرة الشمالي، والصيف في نفصها الجنوبي, وهذا يبدأ الربعي من 21 مارس حتى 21 يونيو، والصيف من 21 يونيو حتى 23 سبتمبر، والخريف من 23 سبتمبر حتى 31 ديسمبر، والشتاء من 21 ديسمبر حتى 21 مارس.

ولا يشترط أن يكون للفصول معنى مناخي في كل مكان من العالم، فهي تدل على الزمن، وتشير الى أوضاع خاصة للأرض بالنسبة للشمس، فالسنة فصل حراري واحد في نطاقين: في النطاق الاستوائي حيث تسقط أشعة الشمس عمودية أو قريبة من العمودية، وحول القطبين حيث تصل أشعة الشمس شديدة الميل. فهنا وهناك لا نكاد نجد اختلافاً يذكر بين الفصول من الوجهة الحرارية. فالسنة في النطاق الأول صيف دائم مرتفع الحرارة، وحول القطبين شتاء مستمر قارس البرودة. لكن التمايز بين الفصول من الوجهة المناخية يظهر فيما بين النطاقين السالفي الذكر، أي فيما يسمى بالمنطقة المعتدلة.