Aunque en realidad no es así, para efectos prácticos podemos asumir que el sol ocupa una posición fija en el espacio. La tierra, por su parte, realiza simultáneamente dos movimientos principales respecto al sol: el de traslación y el de rotación.

Movimiento de traslación

La tierra se mueve alrededor del sol siguiendo una trayectoria de forma elíptica (1). El sol se ubica en uno de los focos de la elipse, lo cual ocasiona que la distancia desde la tierra al sol varíe a lo largo del año. Sin embargo dicha variación es muy pequeña, ya que los dos focos de la elipse se encuentran relativamente cercanos entre sí, mientras que la diferencia entre el radio mayor y el radio menor es mínima (2). De hecho, en términos prácticos, podemos considerar que la órbita terrestre es circular. El movimiento de traslación dura un año solar: 365 días, 5 horas, 48 minutos y 46 segundos.

(1) Dicho movimiento se da sobre la eclíptica, que representa el plano que contiene la órbita de la Tierra alrededor del sol. Las órbitas de la mayoría de los planetas del sistema solar están contenidas en la eclíptica o muy próximas a ella.
(2) La distancia entre el sol y la tierra oscila entre 147.0 x 106 km (afelio, 5 de julio) y 152.2 x 106 km (perihelio, 4 de enero). Esto genera una pequeña variación en la cantidad de radiación solar que recibe la tierra, variación que no influye de manera significativa en el clima terrestre.

Movimiento de rotación

Simultáneamente al movimiento de traslación, la tierra gira sobre sí misma en torno a un eje denominado norte-sur geométrico (el cual es ligeramente distinto al eje norte-sur magnético). Este eje de rotación se encuentra inclinado 23.47° respecto a la perpendicular de la eclíptica y en todo momento mantiene casi invariable (3) su dirección absoluta. El movimiento de rotación tiene una duración de un día solar (aproximadamente 24 horas).

(3) En realidad el eje de rotación presenta un pequeño movimiento oscilatorio cónico, el cual es muy lento: su periodo dura unos 26,000 años. Este movimiento oscilatorio es de interés para la astronomía, pero no tiene repercusión alguna en la vida cotidiana del ser humano.

Variaciones temporales terrestres

La sucesión del día y la noche se debe al movimiento de rotación de la tierra. Conforme gira, una parte de la superficie terrestre recibe directamente la luz solar, mientras que la cara opuesta se encuentra en sombra. Debido al sentido de giro de la tierra el sol parece salir desde el este, recorrer la esfera celeste, y ocultarse por el oeste.

El fenómeno de las estaciones resulta un poco más complejo. Es un error común pensar que se debe a la variación de la distancia entre el sol y la tierra, suponiendo que el verano corresponde al periodo en que se encuentran más cercanos. Sin embargo hay que recordar que el movimiento de traslación puede considerarse prácticamente circular. Por otro lado, cuando en el hemisferio norte es verano en el hemisferio sur es invierno, y viceversa, lo cual no podría explicarse con este planteamiento. Lo cierto es que las estaciones se deben a la variación que presentan los ángulos de incidencia de los rayos solares sobre la superficie terrestre, variación que a su vez se deriva de la inclinación constante del eje de rotación terrestre durante todo el movimiento de traslación. Veamos con mayor detalle como sucede esto:

Durante cierto periodo del año, debido a la inclinación del eje de rotación, el hemisferio norte se inclina hacia el sol. Esta zona de la tierra recibe entonces más horas de soleamiento, a la vez que la radiación solar incide más perpendicularmente sobre la superficie terrestre. El hemisferio norte se encuentra en la estación de verano. Al mismo tiempo el hemisferio sur se inclina en sentido contrario al sol, lo cual provoca que tenga menos horas de soleamiento y que la radiación solar incida con ángulos más bajos. El hemisferio sur se encuentra entonces en la estación de invierno.

Ya que el eje de rotación mantiene su inclinación constante, en el periodo contrario del año (con seis meses de diferencia) sucede exactamente lo contrario. Ahora el hemisferio sur es el que se inclina hacia el sol (se encuentra en verano), mientras que el hemisferio norte se inclina en sentido contrario al sol (se encuentra en invierno).

Existen dos periodos del año en los que el eje de rotación de la tierra se inclina sobre un plano prácticamente perpendicular a los rayos solares, de tal manera que ambos hemisferios presentan las mismas horas de soleamiento y reciben la radiación solar con similares ángulos de incidencia. Se trata de los periodos correspondientes a las estaciones de primavera y otoño.

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