Υπάρχουν μέρη στη Γη όπου η διάρκεια των ωρών της ημέρας είναι η ίδια όλο το χρόνο - αυτές είναι περιοχές που βρίσκονται στον ισημερινό. Σε όλες τις άλλες περιοχές του πλανήτη, το μήκος της ημέρας κυμαίνεται από το μέγιστο την ημέρα του θερινού ηλιοστασίου (22 Ιουνίου) έως το ελάχιστο την ημέρα του χειμερινού ηλιοστασίου (22 Δεκεμβρίου). Όσο πιο κοντά βρίσκεται το έδαφος στον ισημερινό, τόσο ασθενέστερες είναι αυτές οι διακυμάνσεις και το αντίστροφο.
Ο άξονας της Γης έχει κλίση προς την εκλειπτική, δηλαδή στο επίπεδο στο οποίο βρίσκεται το σύστημα Sun-Earth, υπό γωνία 66,6 μοιρών περίπου. Εάν δεν ήταν για αυτήν την κλίση, η διάρκεια των ωρών φωτός της ημέρας σε οποιοδήποτε σημείο της Γης θα ήταν η ίδια όλο το χρόνο, καθοριζόμενη μόνο από το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής. Αλλά ακριβώς λόγω αυτής της κλίσης του άξονα, το βόρειο ημισφαίριο του πλανήτη κατά την περίοδο μεταξύ της άνοιξης και του φθινοπώρου ισημερίας (από τις 21 Μαρτίου έως τις 22 Σεπτεμβρίου) αντιμετωπίζει τον Ήλιο για το μεγαλύτερο μέρος της ημέρας. Το νότιο ημισφαίριο, αντίστοιχα, βλέπει τον Ήλιο για λιγότερο από την ημέρα. Επομένως, κατά την περίοδο που είναι καλοκαίρι στο Βόρειο Ημισφαίριο, είναι χειμώνας στο Νότιο Ημισφαίριο. Λοιπόν, όταν η Γη, έχοντας περιγράψει έναν ημικύκλιο γύρω από τον Ήλιο, μετακινείται στο αντίθετο σημείο της τροχιάς της, όλα αλλάζουν. Τώρα το νότιο ημισφαίριο βλέπει τον ήλιο για το μεγαλύτερο μέρος της ημέρας, οπότε το καλοκαίρι ξεκινά εκεί και ο χειμώνας στο βόρειο ημισφαίριο. Κατά συνέπεια, η διάρκεια της ημέρας στο Βόρειο Ημισφαίριο μειώνεται απότομα. Στην επικράτεια της Ρωσίας, όπως και σε ολόκληρο το Βόρειο Ημισφαίριο, η συντομότερη χειμερινή ημέρα είναι στις 22 Δεκεμβρίου. Υπάρχουν τεράστιες περιοχές όπου πολικές νύχτες συμβαίνουν το χειμώνα, δηλαδή, ο ήλιος δεν ανατέλλει καθόλου πάνω από τον ορίζοντα. Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται σε μέρη που βρίσκονται βόρεια του λεγόμενου Αρκτικού Κύκλου, δηλαδή σε πλάτος περίπου 66,5 μοίρες. Η διάρκεια της πολικής νύχτας είναι από αρκετές ημέρες έως αρκετούς μήνες (σε περιοχές κοντά στον Βόρειο Πόλο). Μετά τις 22 Δεκεμβρίου - την ημέρα του χειμερινού ηλιοστασίου - η διάρκεια της ημέρας αυξάνεται σταθερά. Στην αρχή αυτή η αύξηση είναι σχεδόν ανεπαίσθητη, αφού είναι μόνο λίγα λεπτά την ημέρα. Αλλά σταδιακά οι ώρες της ημέρας γίνονται σημαντικά μεγαλύτερες. Και την ημέρα της εαρινής ισημερίας (21 Μαρτίου), που θεωρείται η αρχή της αστρονομικής πηγής, η διάρκειά της συγκρίνεται με τη διάρκεια της νύχτας.
