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L’alternance jour et nuit que nous vivons est le résultat direct de la rotation de la Terre sur son axe. Sans cette rotation, le cycle jour/nuit serait très différent – ou pourrait ne pas exister du tout.
Une journée solaire, période pendant laquelle le Soleil revient à la même position dans le ciel, dure 24 heures. Cependant, comme la Terre tourne également autour du Soleil, une rotation unique par rapport aux étoiles lointaines – un jour sidéral – est légèrement plus courte, soit environ 23 heures 56 minutes. Les astronomes ont d'abord mesuré cela en suivant les étoiles qui réapparaissent au même endroit chaque jour.
Les heures de clarté varient selon les saisons car l’axe de la Terre est incliné de 23,5° par rapport à son plan orbital. Lorsque l’hémisphère nord s’incline vers le Soleil, comme en été, les jours s’allongent; lorsqu'il s'incline, comme en hiver, les nuits s'allongent. Pendant les équinoxes, l'inclinaison n'est ni vers ni loin du Soleil, et le jour et la nuit sont à peu près égaux.
Les solstices marquent les points de l’orbite terrestre où l’inclinaison produit les jours les plus longs et les plus courts. Le solstice d'hiver dans l'hémisphère nord est le jour le plus court de l'année, après quoi la lumière du jour s'allonge progressivement. Le solstice d'été est le jour le plus long, après quoi la lumière du jour diminue progressivement. Par exemple, le solstice de juin a lieu lorsque le pôle Nord fait face au Soleil; c'est le jour le plus long de l'hémisphère nord mais le jour le plus court de l'hémisphère sud.
La latitude influence également la durée de la lumière du jour. Près de l’équateur, les changements saisonniers sont modestes, tandis qu’aux latitudes plus élevées, les différences sont spectaculaires. En été, les régions plus au nord connaissent des journées de plus en plus longues, parfois sans aucune obscurité. En hiver, c'est l'inverse :la lumière du jour diminue avec l'augmentation de la latitude.
Ces effets combinés de rotation, d'inclinaison axiale, de mouvement orbital et de latitude façonnent le modèle dynamique du jour et de la nuit qui définit la vie sur Terre.
