冬至是北半球的一年中白天最短、夜晚最长的日子,同时也是南半球的一年中白天最长、夜晚最短的日子。在冬至这一天,太阳直射点位于南回归线(大约在南纬23.5度),这是太阳直射点在南半球的最南位置。

以下是一个简化的地球冬至日太阳光照图,以及地球和太阳的关系:
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北极圈
| (太阳光线斜射)
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| (极夜开始,部分地区无日照)
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| (极昼结束,部分地区无日照)
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| (太阳直射南回归线)
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| (太阳光线向北倾斜)
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| (北半球日照时间最短)
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| (南半球日照时间最长)
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赤道
| (太阳光线垂直照射)
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| (昼夜平分)
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| (太阳光线向南倾斜)
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| (太阳直射南回归线)
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| (太阳光线斜射)
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南极圈
| (太阳光线斜射)
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| (极夜开始,部分地区无日照)
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| (极昼结束,部分地区无日照)
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```
在冬至这一天,北半球的大部分地区日照时间最短,而南半球则相反。北极圈内及以北地区进入极夜,即连续几天甚至几个月都没有日照。南极圈内及以南地区则进入极昼,即连续几天甚至几个月都有日照。
地球和太阳的关系体现在地球围绕太阳公转的同时,地球的自转轴相对于公转轨道面有一个约23.5度的倾斜角度。这就是为什么会有四季更替和昼夜长短变化的原因。在冬至这一天,由于地球自转轴的倾斜,太阳直射点到达南回归线,导致北半球日照时间最短。
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