A Földforgás és a keringés szoros összefüggését az a tény is mutatja, hogy bár a nappalok és éjszakák váltakozása elsődlegesen a forgás következménye, a kérdéskör csak a keringés ismeretében tárgyalható.
Közismert dolog, hogy a Földnek a Nap felé forduló oldalán van nappal. Pontosabban azt kell mondanunk, hogy a nappali és éjszakai féltekét (a megvilágított és az árnyékos oldalt) mindig egy olyan sík választja el, amely az adott pillanatban a vezérsugárra merőleges és átmegy a Föld középpontján. E sík földfelszíni metszete mindig egy legnagyobb gömbi kör (ortodróma). Ezt a nappali és éjszakai félgömböt elválasztó körvonalat terminátornak nevezzük.
E vonal azonban csak a légkör nélküli Föld – vagy bolygó – esetében jelölné ki a nappal és az éjszaka határát. A terminátor ugyanis kb. 3/4°-kal eltolódik a sötét félteke rovására. Részben azért, mert a Nap nem pontszerű égitest égboltunkon, hanem 1/4 szögfoknyi sugara van; részben pedig azért, mert a légkör refrakciója még kb. fél fokkal megemeli a Napot. A megvilágított és árnyékban levő felszínek nem éles, határozott vonal mentén válnak el egymástól – mint pl. a légkör nélküli Hold esetében –, hanem a napsugarak légkörbeni szóródása következtében kb. 18° szélességű félárnyékos, fokozatosan sötétedő gömbi övezet alkotja a határterületet az éjszaka felé. Ebben az övezetben szürkület van. Szürkületkor csak a szórt napsugarak egy része éri el ezt a felszíndarabot. A szürkület tartamát az álláspont földrajzi szélessége és a Nap deklinációja határozza meg. A szélesség növekedésével a szélességi körök átmérője csökken, a kisebb átmérőjű szélességi körnek pedig nagyobb része van a szürkületi övben, mint egy nagyobb átmérőjű körnek. A szürkület tartama tehát a földrajzi szélesség növekedésével hosszabb lesz, s e hosszabbodás mértéke a nyári félévben nagyobb, mint a téliben. A Nap deklinációjának növekedésével csökken a szélességi körök és a terminátor (ezzel együtt a szürkületi öv) hajlásszöge (90° – ). Minél kisebb szögben metszi egy szélességi kör ezt az övezetet, annál hosszabb íve megy át rajta. Ezért ugyanazon a földrajzi szélességen a deklináció növekedésével a szürkület időtartama általában nő.
1 A precesszió miatt ma már a Nap nem ezekben a csillagképekben (Rák, Bak, Kos, Mérleg) jár a napfordulók, ill. a napéjegyenlőségek idején. A hagyományos elnevezések azonban még őrzik ezt a korábbi – mintegy 2000 évvel ezelőtti – állapotot.
Nézzük meg kissé alaposabban a terminátor helyzetét a Földön az év különböző szakaszaiban. Az 57. ábra mutatja, hogy június 22-én a terminátor síkja a Föld tengelyével 23,5°-os szöget zár be. Ennek az a következménye, hogy a terminátor a sarkköröknél (±66,5°-nál) magasabb szélességű helyeket nem érinti. Ezek a 23,5°-os sugarú poláris sapkák vagy teljes egészében megvilágított (északi félteke), vagy teljes egészében árnyékos helyzetben vannak. Ezeken a területeken a tengelyforgás nem eredményezi a nappalok és éjszakák váltakozását. A Nap itt cirkumpoláris (alsó, illetve felső). Ettől a szélességi körtől az Egyenlítő felé haladva viszont mindenütt van a szélességi köröknek megvilágított és árnyékos része, vagyis ott már a nappalok és éjszakák minden 24 órás körforgás során váltakoznak. A december 22-i állapot a júniusinak tükörképe. Ekkor a déli poláris sapka területén lesz nappal, az északin pedig éjszaka.
Gondoljuk most végig a következőket: e két nap kivételével az év minden napján kisebb lesz a földtengely és a terminátor síkja által bezárt szög 23,5°-nál. Ez viszont azt jelenti, hogy a terminátor egyre magasabb szélességeket ér el, egyre jobban megközelíti a pólust, egyre kisebb lesz az a gömbsapka, ahol a Nap még cirkumpoláris. Pontosabban szólva a cirkumpoláris gömbsüvegeket határoló szélességi kör értéke mindig a Napdeklináció pótszögével (90°– δ) azonos. A Nap cirkumpolaritásának tehát az a feltétele, hogy φ + δ ≥ 90°. (Ez az összefüggés az „állócsillagok”
esetében is igaz, mivel azonban a csillagok deklinációja az év során változatlan, cirkumpolaritásuk csak a megfigyelő földrajzi szélességétől függ.)
57. ábra - A nappali és éjszakai félgömb helyzete a nyári napforduló idején (a vonalkázott rész az éjszakai oldal). ε az Egyenlítő és az ekliptika által bezárt szög (23,5°). Az ábráról a Nap delelési magasságának a póluson, a sarkkörön, a térítőkön és az Egyenlítőn mérhető értékei is leolvashatók
Végül március 21-ig, ill. szeptember 23-ig érve, a terminátor eléri a pólusokat, s ekkor sehol sem lesz cirkumpoláris a Nap.
Magukon a pólusokon a helyzet így alakul: az Északi póluson március 21-én féléves alsó cirkumpolaritás után éppen felkel a Nap, hogy megkezdje a horizont feletti ugyancsak féléves időtartamú felső cirkumpoláris spirális pályáját. Magassága június 22-ig folyton emelkedik (23,5°-ig), majd csökkenni kezd, és szeptember 23-án bukik a horizont alá. A Déli póluson az események hasonlóak, de fordított sorrendben játszódnak le.
A fentiekből levonható az a következtetés, hogy a ±66,5°-os szélességi körök a Nap lehetséges cirkumpolaritásának határkörei. Ezeket a szélességi köröket ezért külön névvel jelöljük, és Északi-, illetve Déli-sarkkörnek nevezzük.
A két sarkkör közötti széles zónában tehát a nappalok és éjszakák egész évben szabályosan váltakoznak. A szabályos váltakozás azonban nem jelenti azt, hogy a nappalok és éjszakák hossza is változatlan. Az 57. ábráról az is leolvasható, hogy a nappalok tartama a földrajzi szélességtől és a Nap deklinációjától (vagyis a mindenkori dátumtól) függ.
A június 22-i helyzetet mutató 57. ábrán világosan látszik, hogy a terminátor csak az Egyenlítőt felezi, az összes többi szélességi körnél eltérő az árnyékos és a megvilágított ívek hossza, tehát a nappalok és éjszakák időtartama. Az északi féltekén az egyenlítői napéjegyenlőséget a magasabb szélességek felé egyre hosszabb nappalok váltják fel, s a sarkkörön elérkezünk a 24 órás nappalhoz (éjféli nap). A déli féltekén hasonló módon az éjszaka időtartama nő, s a Déli sarkkörön a Nap alsó cirkumpolárissá válik.
58. ábra - A Nap útja a horizont felett az Egyenlítőről (φ = 0°) nézve a napfordulók és a napéjegyenlőségek idején
59. ábra - A Nap útja a horizont felett a Ráktérítőről (φ = 23,5°) nézve a napfordulók és a napéjegyenlőségek idején
60. ábra - A Nap útja a horizont felett 45° szélességről nézve a napfordulók és a napéjegyenlőségek idején
61. ábra - A Nap útja az Északi-sarkkör (φ = 66,5°) horizontjához viszonyítva a napfordulók és a napéjegyenlőségek idején
62. ábra - A Nap útja az Északi-pólusról (φ = 90°) nézve a napfordulók és a napéjegyenlőségek idején
Ha a Nap deklinációja csökken, a nappalok és éjszakák időtartama közötti különbség is mérséklődik, s 0°-os deklináció esetén (márc. 21., szept. 23.) a terminátor minden szélességi kört felez (nemcsak az Egyenlítőt!), ezért az egész Földön napéjegyenlőség lesz. Innen származik az ekvinokciumpontok elnevezése.
Összefoglalva megállapítható, hogy valamely féltekén a nyári félévben a nappal tartama a deklinációval együtt nő, a téli félévben pedig csökken. A nappal hosszának évi ingadozása magasabb szélességek felé fokozódik, az Egyenlítőn azonban állandó napéjegyenlőség van.
A Nappálya és a horizontsík kölcsönös helyzetét az 58–62. ábrák szemléltetik különböző földrajzi szélességű helyeken a napfordulók és a napéjegyenlőségek idején.