Оскільки Сонце, рухаючись по небесній сфері вздовж екліптики, то віддаляється від лінії небесного екватора, то наближається до неї, відбувається безперервна зміна його екваторіальних небесних координат - прямого піднесення α і схилення δ.
21 березня Сонце перетинає небесний екватор у точці весняного рівнодення, переходячи з південної півкулі неба у північну. У цей момент схилення Сонця δ і пряме піднесення α дорівнюють 0°, в північній півкулі Землі починається астрономічна весна.
Коли Сонце знаходиться в точці весняного рівнодення, то воно на всіх широтах сходить у точці сходу Е, а заходить у точці заходу W. Половина його добового шляху на небі знаходиться над горизонтом, половина - під горизонтом. Отже, на всій земній кулі (окрім приполярних областей) день та ніч стають рівними між собою. Цей день називається днем весняного рівнодення.
22 червня, у день літнього сонцестояння, Сонце най-далі відходить від лінії небесного екватора у північну небесну півкулю; У північній півкулі Землі починається астрономічне літо. В цей час α = 6h, a δ = +23°26'. Протягом декількох днів схилення Сонця, а отже, і його висота над горизонтом у верхній кульмінації не змінюється (звідси і назва явища - "сонцестояння"). При цьому у північній півкулі тривалість дня найбільша, а ночі - найменша.
23 вересня Сонце знову перетинає небесний екватор у точці осіннього рівнодення, переходячи з північної у південну небесну півкулю; у північній півкулі Землі настає астрономічна осінь. В цей момент схилення Сонця δ знову, як і в день весняного рівнодення, дорівнює 0°, а пряме піднесення α = 12h. Знову на земній кулі день та ніч стають рівними між собою. Цей день називається днем осіннього рівнодення.
22 грудня, у день зимового сонцестояння, Сонце знову найдалі відходить від лінії небесного екватора, але вже у південну небесну півкулю. Це - початок астрономічної зими у північній півкулі. В цей день схилення Сонця δ = -23°26', а пряме піднесення α = 18h. В північній півкулі Землі тривалість дня стає найменшою, а ночі - найбільшою в році.
Така зміна схилення Сонця δ упродовж року обумовлена тим, що вісь добового обертання Землі не змінює свого напрямку в просторі під час орбітального руху навколо Сонця. В якій би точці своєї орбіти не знаходилась Земля, кут нахилу її осі обертання до площини екліптики завжди становить
90° - ε = 66°34'. Як наслідок, промені Сонця впродовж року падають на земну поверхню в одних і тих же широтах під різними кутами. Саме цим обумовлена зміна пір року.
Та подивившись у календар, ми побачимо, що ні 21 березня, ні 23 вересня день та ніч не рівні між собою. 21 березня на широті φ = 50° день триває 12 год. 10 хв., а не 12 год. 00 хв., рівнодення ж настає 17-18 березня. Восени згідно з календарем рівнодення настає 26, а не 23 вересня. На це є дві причини.
По-перше, ми вважаємо, що момент рівнодення настав, коли центр сонячного диска потрапить у точку весняного рівнодення. Але ж ми визначаємо початок дня не за центром сонячного диска, а за тим моментом, коли верхній край Сонця торкнеться лінії горизонту. Відповідно кінець дня визначається моментом, коли верхній край Сонця зникне під горизонтом. Таким чином, Сонце в цілому проводить на небі трохи більше часу, ніж центр його диска.,
По-друге, є таке явище, як атмосферна рефракція - відхилення світлового променя від прямолінійного напрямку при його проходженні через неоднорідну атмосферу Землі. На горизонті рефракція досягає найбільшого значення 35', тобто, навіть перевищує кутові розміри Сонця і Місяця (вони близькі до 31'). За рахунок рефракції верхній край Сонця з'явиться над горизонтом раніше, а зайде пізніше, ніж Сонце зійде і зайде насправді.
Завдяки цьому явищу тривалість дня на Землі завжди довша, ніж це було б на планеті, позбавленій атмосфери. Відповідно точки сходу і заходу світил при φ = 50° зміщуються у бік півночі приблизно на 1°.
Іноді, внаслідок особливо хаотичних рухів атмосферних мас, кут рефракції може, різко змінюючись, сягати 2° і більше. Тоді спостерігачеві здається, що Сонце то "визирає" з-під горизонту, то ховається за ним. Виявивши цей факт, наші предки склали повір'я, ніби "на Великдень Сонце тричі купається".
Разом із зміною екваторіальних координат Сонця, спричинених його видимим рухом по небесній сфері, безперервно змінюються упродовж року також азимути АЕ і AW точок сходу і заходу Сонця, висота Сонця h над горизонтом у верхній кульмінації і тривалість його перебування над горизонтом.
Тропічний і зоряний рік. Завдяки явищу прецесії з'явились поняття тропічного і зоряного року.
Зоряний рік Т* - це проміжок часу, за який центр диска Сонця здійснює повний оберт по екліптиці відносно зір. Т* = 365, 25636d = 365 діб 6 год. 9 хв. 10 с. Фактично зоряний рік - це проміжок часу, за який Земля здійснює повний оберт навколо Сонця відносно далеких зір.
Тропічний рік Т^ - це проміжок часу між двома послідовними проходженнями центра диска Сонця через точку весняного рівнодення. Тропічний рік є основною календарною одиницею часу.
Через прецесію, яка змушує точку весняного рівнодення рухатися назустріч Сонцю на 50,26" щороку, тропічний рік Т^ виявляється коротшим від зоряного Т* на 20 хв. 24 с. В результаті багаторічних спостережень встановлено, що тривалість тропічного року Т^ = 365, 24220d = 365 діб 5 год. 48 хв. 46 с. Отже
Т* = Т^ + 20 хв. 24 с.
