הכי קרובים בחורף
ניחוש טבעי הוא שהקיץ מגיע כשכדור הארץ קרוב יותר לשמש. זה לא כך. מסלול כדור הארץ הוא כמעט מעגל, והמרחק שלו מהשמש משתנה במהלך השנה רק בכ־3 אחוזים: כ־147 מיליון קילומטרים בתחילת ינואר ו־152 מיליון בתחילת יולי. ינואר הוא שיא החורף באירופה ושיא הקיץ באוסטרליה, באותו מרחק. מה שיוצר את העונות חייב להשפיע על שני חצאי הכדור באופן שונה.
הציר הנטוי
כדור הארץ מסתובב סביב ציר שאינו זקוף ביחס למסלולו. הציר נוטה ב־23.44 מעלות, והעיקר: הוא ממשיך לנטות לאותו כיוון בחלל לאורך כל השנה, ומצביע בקירוב אל כוכב הצפון. בזמן שכדור הארץ נע סביב השמש, הנטייה הקבועה הזאת גורמת לכך שהחצי הצפוני נוטה אל השמש במחצית אחת של המסלול, והרחק ממנה במחצית האחרת.
סביב 21 ביוני הצפון נוטה הכי הרבה אל השמש. זהו יום ההיפוך ביוני: קיץ בצפון, חורף בדרום. חצי שנה אחר כך, בצד הרחוק של המסלול, אותה נטייה מפנה את הצפון הרחק מהשמש, והעונות מתחלפות. באמצע הדרך, בימי השוויון במרץ ובספטמבר, הציר נוטה הצידה, לאורך המסלול, ואף אחד מחצאי הכדור אינו מועדף.
שמש גבוהה, ימים ארוכים
הנטייה משנה שני דברים בבת אחת. הראשון הוא כמה גבוה השמש מטפסת בשמיים. כשהשמש בדיוק מעל הראש, אלומה של אור שמש נוחתת על כתם בגודל שלה בדיוק. כשהשמש נמוכה, אותה אלומה נמרחת על כתם גדול בהרבה, ולכן כל מטר רבוע של קרקע מקבל ממנה פחות. השני הוא אורך היום. כשקו רוחב נוטה אל השמש, הוא מבלה חלק גדול יותר מכל סיבוב של כדור הארץ בצד המואר, ולשמש יש יותר זמן לחמם אותו.
בלונדון, בקו רוחב 51.5° צפון, שמש הקיץ מטפסת לגובה 62 מעלות ונשארת מעל האופק כ־16 שעות ו־38 דקות. בדצמבר היא עולה רק לגובה 15 מעלות ושוקעת אחרי כ־7 שעות ו־50 דקות. גבוה וארוך מנצח נמוך וקצר, וההבדל הזה, ולא המרחק, הוא ההבדל בין קיץ לחורף.
נסו: בחרו את ההיפוך ביוני ואחר כך את ההיפוך בדצמבר, וראו איך הציר ממשיך להצביע לאותו כיוון. אחר כך בחרו אור השמש מקרוב תחת התקרבות לאור השמש, השוו בין הכתמים המוארים של שתי האלומות, ובחרו את טרומסה: שמש כל היממה ביוני, ובדצמבר אין זריחה בכלל.
איפה השמש עומדת מעל הראש
בצהרי יום ההיפוך ביוני השמש עומדת בדיוק מעל הראש בקו רוחב 23.44° צפון, חוג הסרטן. בדצמבר היא עומדת מעל הראש בקו רוחב 23.44° דרום, חוג הגדי. במהלך השנה הנקודה שמעליה עומדת השמש נעה הלוך ושוב בין שני החוגים. בתוך חוגי הקוטב, עד 23.44 מעלות מכל קוטב, יש ימים שבהם השמש לא שוקעת כלל וימים שבהם היא לא זורחת כלל.
הסצנה מחשבת זאת מתוך הנטייה ומהמקום של כדור הארץ במסלולו: קו הרוחב שמעליו עומדת השמש נע הלוך ושוב במהלך השנה כמו מטוטלת איטית, מגיע למלוא הנטייה צפונה ודרומה בימי ההיפוך וחוצה את קו המשווה בימי השוויון. קבעו נטייה גדולה יותר, וחוג הסרטן וחוג הגדי זזים לעבר הקטבים, חוגי הקוטב זזים לעבר קו המשווה, והעונות נעשות קיצוניות. בלי נטייה בכלל, השמש הייתה נשארת מעל קו המשווה בכל יום בשנה, ובכל מקום הייתה עונה אחת שאינה משתנה.
מה המודל משאיר בחוץ
הסצנה מראה את הגאומטריה: איפה נופל אור השמש ולכמה זמן. הטמפרטורות האמיתיות תלויות גם בחום אגור. לאוקיינוסים וליבשה לוקח שבועות להתחמם ולהתקרר, ולכן השבועות החמים ביותר מגיעים אחרי יום ההיפוך ביוני ולא בו. גם עננים, רוחות וזרמי אוקיינוס מעבירים חום ממקום למקום, ולאורך כ־21,000 שנה תנודה איטית של הציר, יחד עם סיבוב איטי של המסלול עצמו, משנה איזו עונה חלה כשכדור הארץ הכי קרוב לשמש. כדור הארץ והשמש מצוירים גדולים בהרבה ממה שמתאים למרחק ביניהם.