四季变换是生活中最为明显的天文现象之一，大多数地方在夏季温暖而在冬季寒冷。
最直接的解释似乎是地球与太阳之间的距离变化。靠近热源时自然会感到更温暖，这是常识。太阳是所有热源中最为强大的，只需在炎炎夏日下走过树荫，就能深刻体会到这一点。当地球距离太阳更近时，温度会大幅上升；距离太阳更远时，则会降温。高中科学课上不是也这么讲吗？地球围绕太阳运转的轨道是一个椭圆，所以有时我们离太阳更近，有时则更远。这个逻辑似乎能很自然地推导出是地球的椭圆轨道导致了四季的变化。
这个逻辑却忽略了一些关键的环节。
到了17世纪初，约翰尼斯·开普勒发现了行星运行轨道实际上是椭圆形而非圆形。现在我们利用开普勒的发现来预测太阳系行星的位置，甚至利用他的发现来规划送往那些行星的空间探测器的飞行路径。想象一下，如果开普勒知道现在的状况，他会有什么反应呢？
开普勒的椭圆形公转轨道理论虽然有其价值，但它也导致了一些错误的结论。我们知道包括地球在内的行星沿着椭圆形的轨道围绕太阳运转，所以也知道有的时候我们与太阳的距离更近，而另一些时候则更远。我们也知道距离对温度的感知有重要影响。我们得出一个相当“有逻辑”的结论，即地球上四季的变化是由于我们与太阳之间的距离变化导致的。
除了距离因素之外，还有其他的因素在起作用。这就是地轴的倾斜。想象一下地球围绕太阳运转的轨迹是一个平面上的椭圆，在这个过程中，地球并没有上下移动，而是在一个固定的二维椭圆轨迹上移动。这个椭圆轨迹所在的面被称为黄道面。地球在围绕太阳公转的也会围绕地轴自转。你的直觉可能会认为地轴与黄道面垂直，但实际上地轴与黄道面之间有一个23.5度的倾斜角。地球上的模型之所以倾斜，就是因为地球是倾斜的，地轴并不指向正上方。
这个看似微不足道的倾斜角实际上产生了巨大的影响。投地球上的光线总量虽然不会改变，但是当地球倾斜时，光斑的形状和亮度会发生变化。这就像在手电筒下放置一张倾斜的纸一样，光线会在纸上形成一个椭圆形的光斑，而不是圆形的。更重要的是，纸上的光斑会比正放时更暗淡。这是因为光线的总量没有改变，但是光斑的面积变大了，所以平均下来每单位面积的光斑就更暗了。如果倾斜角更大，光斑的面积会更大，也会更暗淡。
对于地球来说也是如此。假设地轴没有倾斜会怎样？那么太阳光将像手电筒的光线一样垂直照射在地球上。现在假设你站在赤道附近的城市里，正午时分太阳就在你的头顶上方，光线垂直照射地面。现在如果你移动到北半球的城市里纬度较高的地方去体验一下照射的阳光就会发现此时的太阳光已经不是直射地面了而是呈一定的角度斜射地面就像在小实验中倾斜白纸一样的感觉一样地轴倾斜导致的直接结果就是不同地区的光照强度不同从而产生了四季的变化夏天的时候阳光照射地面更加集中因此温度更高冬天的时候阳光被延展得更加开地面接收到的热量更少所以感觉更冷就像倾斜的纸会让光线更分散一样地球在公转的过程中由于地轴的倾斜导致不同地区接收到的阳光强度不同从而产生了四季的变化地轴的倾斜让地球在公转的过程中不同地区的光照强度有了变化进而影响了温度的变化所以四季变化的原因并不是我们与太阳之间的距离变化而是地轴相对于太阳方向的改变导致了阳光照射角度的变化让我们再次回顾一下这个过程夏季时地轴朝向太阳的程度最大因此阳光照射地面更加集中升温效果高效而到了冬季地轴背向太阳的程度最大阳光被延展得更开对地面的加热作用减弱这就是四季交替的真正原因而不是我们之前误以为的与太阳距离的变化导致的除此之外还有一个重要的因素影响了四季的变化那就是陀螺式的旋转让我们稍作解释小时候父母给我买了一个陀螺我非常喜欢转动它观察它在地板上留下的轨迹当陀螺的转速慢下来时它就会开始摇晃这是因为重力使得陀螺向一侧倾斜产生了扭矩的作用同样地地球也在旋转就像一只陀螺一样也在受到重力的作用如果你还记得物理课上讲过的知识就会知道如果陀螺的旋转轴不绝对垂直重力就会使得陀螺开始摇晃而在太空中这种现象更为明显旋转轴会在空中画出小圆圈同样的道理地球的地轴也会在天空中发生位移形成圆锥面不过这个过程非常缓慢需要数千年才能完成因此并不会对季节产生即时的影响总结起来四季变换主要是由地轴的倾斜以及地球围绕太阳的公转和自转共同导致的这些因素使得不同地区在不同季节里接收到的阳光强度不同