Esse fenômento é causado por dois fatores astronômicos e naturais: a translação da Terra ao redor do Sol e a inclinação do eixo terrestre. Ao contrário do que muitos pensam, as estações do ano nada tem nada a ver com a aproximação maior ou menor entre a Terra e o Sol.
A figura acima ajuda a compreender o fenômeno. Para dar uma volta ao redor do Sol, a Terra leva 365 dias e mais seis horas. Durante essa viagem, a inclinação do eixo não muda e sempre parece apontar para a mesma posição no espaço. Essa inclinação, que é de 23.5 graus, faz com que os hemisférios recebam a incidência de raios solares de forma diferente durante o ano.
Durante o Soltício de Inverno, a inclinação do eixo é mínima no hemisfério Sul (lado direito do gráfico), fazendo com que as regiões abaixo da linha do Equador sejam atingidas menos diretamente pelos raios do Sol. Por outro lado, o hemisfério Norte do planeta estará sendo mais favorecido, com maior incidência solar. Ou seja, enquanto nós comemoramos a chegada do inverno, os habitantes do hemisfério norte comemoram o início do verão.
Pelo gráfico é possível ver que a situação se inverte no mês de dezembro, quando teremos o Solstício de Verão, marcando o início da temporada da estação quente abaixo do equador e o início do inverno no hemisferio norte.
O solstício de inverno também é marcado pelo dia mais curto do ano aqui no hemisfério sul e até a próxima estação as noites serão mais longas que os dias.
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