Las cuatro estaciones están determinadas por cuatro posiciones principales en la órbita terrestre en su giro alrededor del Sol (plano de la eclíptica), que reciben el nombre de solsticios y equinoccios: solsticio de invierno (punto Capricornio, 22 de diciembre), equinoccio de primavera (punto Aries, en torno al 21-22 de marzo), solsticio de verano (punto Cáncer, 21 de junio) y equinoccio de otoño (punto Libra, en torno al 22-23 de septiembre).
En los equinoccios, el eje de rotación de la Tierra es perpendicular a los rayos del Sol, que caen verticalmente sobre el ecuador. En los solsticios, el eje se encuentra inclinado 23,5º, por lo que los rayos solares caen verticalmente sobre el trópico de Cáncer (verano en el hemisferio norte) o de Capricornio (verano en el hemisferio sur).
A causa de la excentricidad de la órbita terrestre, las estaciones no tienen la misma duración, ya que la Tierra recorre su trayectoria con velocidad variable. Va más deprisa cuanto más cerca está del Sol (perihelio) y más despacio cuanto más alejada (afelio), cumpliéndose la segunda Ley de Kepler: El radio vector que une un planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.
Por esto, existen diferencias entre las estaciones según el hemisferio donde nos encontremos. Nuestro planeta está más cerca del Sol a principios de enero que a principios de julio, lo que hace que reciba un 7% más de calor en el primer mes del año. Por este motivo, además de por otros factores, el invierno boreal es menos frío que el austral, y el verano austral es más caluroso que el boreal.
A causa de perturbaciones que experimenta la Tierra mientras gira en torno al Sol, no pasa por los solsticios y equinoccios con exactitud, lo que motiva que las diferentes estaciones no comiencen siempre en el mismo preciso momento.
Cabe destacar que del comienzo de la primavera dependen las fechas de la Semana Santa. El Viernes Santo es el viernes inmediatamente posterior a la primera Luna llena de Primavera (es decir, después del 21-22 de marzo) en el hemisferio norte. Por ello puede ser tan temprano como el 21 de marzo, como este año, o tan tarde como el 23 de abril.
Vía | Astromia En Genciencia | Eratóstenes y la medición del mundo, El solsticio de verano