सूर्याचे भासमान भ्रमण
दररोज सकाळी सूर्योदयाचे निरीक्षण केल्यास आपल्या असे लक्षात येते की सूर्य उगवण्याची जागा सतत बदलत असते. सूर्योदयाच्या स्थानात होणारा हा बदल लक्षात येण्यासाठी आपल्याला काही दिवस सतत सूर्योदयाचे निरीक्षण करणे आवश्यक आहे. सूर्य वर्षभरात उत्तरेकडे किंवा दक्षिणेकडे सरकत असल्यासारखे दिसून येते. प्रत्यक्षात मात्र सूर्य कोठेही हलत नाही. सूर्य उगवण्याचे स्थान 21 जून ते 22 डिसेंबर या कालावधीत अधिकाधिक दक्षिणेकडे सरकते. हा काळ दक्षिणायन मानला जातो. याउलट 22 डिसेंबर ते 21 जून या कालावधीत सूर्य उगवण्याचे स्थान अधिकाधिक उत्तरेकडे सरकते म्हणून या कालावधीला उत्तरायण म्हणतात.
सूर्याच्या स्थान बदलाचे कारण पृथ्वी सूर्याभोवती फिरणे व पृथ्वीचा कललेला आस हे आहे. प्रत्यक्षात सूर्य फिरत नाही, परंतु पृथ्वीवरून पाहताना आपल्याला तो फिरल्या सारखा दिसतो म्हणून सूर्याच्या या भ्रमणाला भासमान भ्रमण असे म्हणतात. पृथ्वीवर होणारे ऋतू हे केवळ उत्तर व दक्षिण गोलार्ध यांच्या संदर्भात घडतात. सूर्याचे दैनिक भासमान भ्रमण हे परिवलनाशी निगडित आहे आहे आणि वार्षिक भासमान भ्रमण हे परिभ्रमण व पृथ्वीच्या कललेल्या असाशी संबंधित आहे.
उपसूर्य व अपसूर्य स्थिती
पृथ्वीचा सूर्याभोवतीचा परिभ्रमण मार्ग लंबवर्तुळाकार आहे. लंब वर्तुळाच्या एका केंद्रस्थानी सूर्य असतो. सूर्य आपले स्थान बदलत नाही. पृथ्वी लंब वर्तुळाकार मार्गाने फिरत असल्याने तिचे सूर्यापासूनचे अंतर सारखे नसते. परिभ्रमणादरम्यान जानेवारीच्या पहिल्या आठवड्यात पृथ्वी सूर्यापासून कमीत कमी अंतरावर असते. ही उपसूर्य स्थिती होय. यावेळेस पृथ्वीच्या अक्षाचे दक्षिण टोक हे सूर्याकडे असते. याउलट जुलैच्या पहिल्या आठवड्यात पृथ्वी सूर्यापासून जास्तीत जास्त अंतरावर म्हणजे अपसूर्य स्थितीत असते. यावेळेस पृथ्वीच्या आसाचे उत्तरेकडील टोक सूर्याकडे असते. पृथ्वीचा लंबवर्तुळाकार परिभ्रमण मार्ग आणि पृथ्वीचा कललेला आस यांच्या एकत्रित परिणामामुळे पृथ्वीवर ऋतू निर्मिती होते. सूर्य व पृथ्वीच्या गुरुत्वीय बलामुळे पृथ्वीच्या परिभ्रमण कक्षा वरील वेग अपसूर्य स्थितीत कमी होतो व उपसूर्य स्थितीत वाढतो. या दोन्ही स्थितीतील अंतरामध्ये फारसा फरक नसल्याने पृथ्वीच्या हवामानावर त्याचा परिणाम जाणवत नाही.
पृथ्वीच्या परिभ्रमण कक्षेत वर्षातून दोन दिवस विषुववृत्तावर सूर्याची किरणे लंबरूप पडतात. ही स्थिती साधारणपणे 21 मार्च व 23 सप्टेंबर रोजी असते. अशावेळी पृथ्वीचे उत्तर व दक्षिण हे दोन ध्रूव सूर्यापासून समान अंतरावर असतात. म्हणजेच पृथ्वी संपात स्थितीत असते. संपात स्थिती म्हणजे विषुववृत्तावर सूर्यकिरण लंबरूप असण्याची स्थिती, यालाच विषुवदिन असेही म्हणतात. या स्थितीत तयार होणारे प्रकाश वृत्त रेखावृत्तीय बृहद्वृत्ताशी तंतोतंत जुळते.
पृथ्वीचा कोणताही एक ध्रुव जेव्हा सूर्याकडे जास्तीत जास्त कललेला असतो तेव्हा त्या ध्रुवाच्या गोलार्धातील 23° 30′ अक्षवृत्तावर सूर्यकिरणे लंबरुप पडतात. विषुववृत्तावर 21 मार्च व 23 सप्टेंबर या संपातदिनी सूर्यकिरण लंबरूप पडतात. त्यानंतर विषुववृत्त ते कर्कवृत्त किंवा विषुववृत्त ते मकरवृत्त यादरम्यान च्या अक्षवृत्तावर सूर्यकिरणे लंबरुप पडत जाण्याची क्रिया सुरू राहते. फक्त 21 जून किंवा 22 डिसेंबर या तारखांना अनुक्रमे कर्कवृत्तवर आणि मकर वृत्तावर सूर्यकिरणे लंबरूप पडतात. या दिवसांना अयन दिन असे म्हणतात. कर्कवृत्त पासून उत्तर ध्रुवापर्यंत किंवा मकरवृत्त पासून दक्षिण ध्रुवापर्यंत सूर्यकिरणे कोणत्याही अक्षवृत्तावर कधीही लंबरूप पडत नाहीत. उत्तर गोलार्धात 21 जून हा सर्वात मोठा दिवस असतो तर दक्षिण गोलार्धात तो सर्वात लहान दिवस असतो. तसेच दक्षिण गोलार्धात 22 डिसेंबर हा सर्वात मोठा दिवस असतो तर उत्तर गोलार्धात तो सर्वात लहान दिवस असतो.
सूर्यदर्शन काळ, अयन स्थिती, संपात स्थिती यांचा विचार करून आपण ऋतू ठरवले आहेत. विषुववृत्तीय प्रदेशात ऋतू बदल जाणवत नाहीत. त्यामुळे तेथे हवामानाच्या स्थितीत वर्षभरात फारसा फरक होत नाही. मात्र दोन्ही गोलार्धात इतरत्र विशिष्ट काळात दरवर्षी उन्हाळा व हिवाळा हे ऋतू होतात. वर्षभराच्या काळात ते एकामागून एक येत असतात, त्यामुळे ऋतुचक्र निर्माण होते. याचाच अर्थ असा की पृथ्वीवर सर्वसाधारणपणे हिवाळा व उन्हाळा हे दोन ऋतू असतात. परंतु काही ठिकाणी चार ऋतू मानले जातात.
पृथ्वीचा अक्ष कललेला नसता तर पृथ्वीवर सगळीकडे आहे तीच स्थिती वर्षभर राहिली असती. म्हणजेच ऋतू निर्माण झाले नसते. अर्थात वेगवेगळ्या अक्षवृत्तावर एकाच प्रकारचे हवामान वर्षभर जाणवले असते. परंतु पृथ्वीच्या कललेल्या अक्षामुळे पृथ्वीवर ऋतू, विविधता, बदल या बाबी घडतात. पृथ्वीवरील ऋतुचक्राचा जीवसृष्टीवर सतत परिणाम होत असतो.