Zmiany oświetlenia Ziemi

Jeśliby oś ziemska była skierowana prostopadle do płaszczyzny ekliptyki, wówczas wysokość Słońca nad horyzontem w południe byłaby na całej kuli Ziemskiej, przez cały rok taka sama.  Oś ziemska jest jednak pochylona pod kątem 66°33’ do płaszczyzny orbity i skierowana w stronę Gwiazdy Polarnej. W rezultacie ruch Ziemi po orbicie powoduje nieustanne zmiany wysokości Słońca nad horyzontem. Następstwem pochylenia osi ziemskiej do płaszczyzny ekliptyki są także zmiany miejsc wschodu i zachodu Słońca. Na przykład w Krakowie w czerwcu Słońce wschodzi na północnym wschodzie, a zachodzi na północnym zachodzie. W grudniu natomiast wschodzi ono na południowym wschodzie a zachodzi na południowym zachodzie. Tylko w dniach 21 marca i 23 września Słońce zarówno w Krakowie jak i na całej Ziemi (z wyjątkiem biegunów) wschodzi dokładnie na wschodzie i zachodzi dokładnie na zachodzie.

Ze zjawiskiem wchodu mamy do czynienia wtedy, kiedy Słońce, lub inne ciało niebieskie wynurza się  spod horyzontu. Po wschodzie Słońce zwiększa swoją obserwowaną wysokość nad horyzontem aż do pewnej maksymalnej wartości, którą osiąga w momencie górowania. Po górowaniu wysokość ciała niebieskiego maleje i w chwili, gdy osiąga ona wartość zerową dochodzi do zjawiska zachodu. Po zachodzie ciało niebieskie nadal zmniejsza swoją wysokość aż do pewnej wartości minimalnej, którą osiąga w momencie dołowania. Po dołowaniu wysokość ciała niebieskiego w dalszym ciągu zaczyna wzrastać i gdy wzrośnie do wartości zerowej mamy do czynienia z kolejnym wschodem. Dla obserwatora na biegunie zjawisko wschodów i zachodów w tym sensie nie występuje. Obserwator znajdujący się na równiku widzi że praktycznie wszystkie ciała niebieskie wschodzą i zachodzą. Dla pośrednich szerokości geograficznych ciała niebieskie można podzielić na takie, które nigdy nie wschodzą, nigdy nie zachodzą, oraz takie, które wchodzą i zachodzą.

Zmierzch rozpoczyna się w momencie zachodu Słońca i trwa do czasu, gdy wysokość Słońca przyjmie określoną, umowną wartość. Jest ot więc okres po zachodzie Słońca, w którym Ziemia oświetlona jest światłem słonecznym rozproszonym w atmosferze. O zmierzchu astronomicznym można mówić gdy Słońce znajduje się 18° poniżej horyzontu.

Świt astronomiczny rozpoczyna się także gdy wysokość Słońca wynosi 18° pod horyzontem i kończy o wschodzie Słońca. W ciągu roku zmieniają się nie tylko miejsca wschodu i zachodu Słońca. Zmienia się także droga jego widomej wędrówki nad horyzontem. W czasie wiosny i lata droga ta jest znacznie dłuższa, niż podczas jesieni i zimy. Dwa razy w ciągu roku 21 marca i 23 września  mamy do czynienia z równonocą. Jest to czas obejmujący jedną dobę ziemską, w którym centrum tarczy słonecznej obecne jest tyle samo czasu pod i nad horyzontem Noc i dzień trwają wtedy na całej kuli ziemskiej tak samo dług o czyli po 12 godzin. Promienie słoneczne padają na równik pod kątem 90º. Na równiku znajduje się punkt podsłoneczny.

Obserwując przestrzeń kosmiczną z obracającej się wokół osi Ziemi ulegamy złudzeniu, że wszystkie ciała niebieskie znajdują się w jednako­wej od nas odległości, tzw. sferę niebieską, oraz że wykonują obrót ze wschodu na zachód wokół wspólnej osi. Oś ta, nazywana jest osią niebieską i jest przedłużeniem osi ziemskiej na sferze niebieskiej. Punkty przecięcia osi niebieskiej ze sferą to bieguny niebieskie; są one jedynymi nieruchomymi punktami na sferze, tak jak bieguny ziemskie są jedynymi nieruchomymi punktami na Ziemi. Z kolei płaszczyzna południka ziemskiego wyznacza na sferze niebieskiej południk niebieski.

W ciągu doby wszystkie ciała niebieskie zmieniają wysokość nad hory­zontem; największą wysokość osiągają w momencie przekraczania po­łudnika — jest to punkt górowania. Górowanie ciała niebieskiego jest to więc osiągnięcie przez nie największej możliwej wysokości nad horyzontem w swoim widomym ruchu w ciągu doby. Wysokość górowania Słońca jest równa kątowi prostemu pomniejszonemu o kąt różnicy szerokości geograficznej danego punktu i równoleżnika, na którym Słońce góruje w zenicie. W chwili górowania Słońca obserwujemy południe słoneczne. Górowanie zwane jest także kulminacją górną. Wysokość danego ciała niebieskiego podczas górowania zależy bezpośrednio od szerokości geograficznej, oraz od deklinacji (współrzędnej położenia ciał w układach niebieskich).