Las diferentes estaciones se producen como consecuencia de que el eje imaginario de rotación del planeta Tierra tiene una inclinación que se orienta siempre en la misma orientación y de la traslación alrededor del Sol. Es por ello también que el Sol ilumina de diferente forma a los dos hemisferios (Sur y Norte). Por ende no existirían las estaciones si el eje de la Tierra no estuviera inclinado respecto a la eclíptica, es decir, a la línea curva por donde transcurre el Sol alrededor de la Tierra.
¿Por que se dan?
El camino aparente del Sol se llama eclíptica, y pasa sobre el ecuador de la Tierra a principios de la primavera y del otoño. Estos puntos son los equinocios. En ellos el día y la noche duran igual. Los puntos de la eclíptica más alejados del ecuador se llaman solsticios, y señalan el principio del invierno y del verano.
Cerca de los solsticios, los rayos solares caen más verticales sobre uno de los dos hemisferios y lo calientan más. Es el verano. Mientras, el otro hemisferio de la Tierra recibe los rayos más inclinados, han de atravesar más trozo de atmosfera y se enfrían antes de llegar a tierra. Es el invierno.
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Posición Tierra-Sol para cada estación
Solsticios y equinoccios
Las cuatro estaciones están determinadas por cuatro posiciones principales en la órbita terrestre en su giro alrededor del Sol (plano de la eclíptica), que reciben el nombre de solsticios y equinoccios: solsticio de invierno, equinoccio de primavera, solsticio de verano y equinoccio de otoño.
En los equinoccios, el eje de rotación de la Tierra es perpendicular a los rayos del Sol, que caen verticalmente sobre el ecuador. En los solsticios, el eje se encuentra inclinado 23,5º.
A causa de la excentricidad de la órbita terrestre, las estaciones no tienen la misma duración, ya que la Tierra recorre su trayectoria con velocidad variable. Va más deprisa cuanto más cerca está del Sol (perihelio) y más despacio cuanto más alejada (afelio), cumpliéndose la segunda Ley de Kepler: El radio vector que une un planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.