Почти вся жизнь на поверхности земли работает на огромных количествах энергии, перехватываемой у солнца посредством химической реакции, в которой одна важнейшая молекула – хлорофилл – взаимодействует с водой и диоксидом углерода, чтобы получился сахар (глюкоза), основное «горючее» жизни. Этот процесс называется фотосинтезом, что буквально означает «создавать из фотонов». Количество энергии, которая постоянно изливается на Землю и первично преобразуется в сахара, относительно неизменно в течение года, но ее порция, улавливаемая в одном и том же месте на Земле в одно и то же время, очень сильно зависит от продолжительности дневного освещения и угла, под которым солнечные лучи падают на поверхность почвы.
Как продолжительность, так и угол освещения любого места на Земле зависит от наклона оси вращения Земли относительно плоскости ее орбиты вокруг Солнца, и сезоны года – следствие этого наклона. Планета оборачивается вокруг Солнца примерно за 365 дней (на самом деле 365,2422 дня), что мы и называем годом, и во всех точках ее орбиты ось вращения Земли (воображаемая линия, соединяющая Северный и Южный полюсы) наклонена к плоскости орбиты под углом 23,5°. Этот угол не влияет на общую энергию, которую Земля в целом получает за год, но смещает распределение энергии между Северным и Южным полушариями. Когда одно полушарие получает много энергии, второе получает мало, и поэтому, когда в одном полушарии лето, в другом – зима. На экватор в течение всего года поступает одинаковое количество энергии, солнце в полдень стоит прямо над головой, и день всегда равен ночи.
Когда Земля находится в точке орбиты, где Северный полюс максимально, на 23,5 °, наклонен к Солнцу, это называется летним солнцестоянием на севере. В это время Крайний Север постоянно освещен, а Крайний Юг пребывает в постоянной темноте. Земля продолжает свое путешествие вокруг Солнца (сохраняя ось вращения неизменной), и наклон к Солнцу постепенно уменьшается, пока солнечное излучение не попадет на оба полюса под одинаковым углом. В этой точке, на осеннее равноденствие, день и ночь везде окажутся одинаковой длины.
В солнцестояниях, положениях оси Земли во время годового путешествия вокруг Солнца, заключается непосредственная причина смены времен года и общих погодных условий, к которым приспосабливается жизнь на нашей планете. Однако изначально сезоны появились из-за древней катастрофы. Астрономы считают, что около 4 млрд лет назад небесное тело, размером и массой приблизительно равное планете Марс, врезалось в Землю на скорости в 29 000 км/ч, вероятно сбив ось вращения Земли. Кроме того, материя, которая была выброшена при этом колоссальном столкновении, породила Луну. Жизнь появилась около полумиллиарда лет спустя, и с тех самых пор все живое приспособлено к смене времен года
