為什麼會有季節？
― 原因不是距離，而是「傾角」
「夏天熱，是因為地球靠近太陽」――你是不是也這麼想過？事實上，日本進入夏天時，地球與太陽的距離反而變得更遠。造就季節的，並不是距離的變化，而是地球這顆行星，帶著些許傾斜持續自轉與公轉這個完全不同的原因。
在盛夏的強烈陽光下，你可能曾隱約想過「應該是地球靠近太陽了才這麼熱」。地球繞著太陽公轉，兩者之間的距離確實會有些微變化，這點沒有錯。
但事實上，地球與太陽最接近的時候，是1月初左右，對日本來說正是隆冬時節。相反地，地球與太陽距離最遠的時候，則是7月初左右，正好是日本的盛夏時期。
如果只用距離來解釋，邏輯就對不上了。
日本進入夏天時，地球其實離太陽稍微遠了一些。「距離近所以熱」這種說法，和事實不符。
地球的自轉軸，是以相對於公轉平面傾斜的角度，持續繞著太陽公轉。這個傾角，正是季節的真正原因。
不是「距離」，而是「傾角」造就了季節――接下來依序說明其中的原理。
「距離近所以熱」的直覺，和事實不符
地球繞太陽公轉的軌道，並非正圓形，而是略微扁平、接近橢圓的軌道。因此，地球與太陽的距離在一年之中會有些許變化。然而，兩者最接近的時期是1月初左右，最遠離的時期則是7月初左右。
如果「距離越近越熱」的說法成立，1月應該是一年之中最熱的月份。但事實完全相反。光憑這一點，就可以知道「距離並非季節的主要成因」。
這個說法還有另一個弱點。當北半球是夏天時，南半球卻是冬天。如果只是距離造成的，應該是整個地球同時變熱、同時變冷才對，但實際上南北半球的季節正好完全相反。
造就季節的，是「地軸的傾角」
地球的自轉軸（地軸），相對於公轉平面傾斜約23.4度，並以此姿態繞著太陽公轉。而且，這個傾斜的方向，在一年之中幾乎不會改變。
因此，在地球繞太陽公轉的過程中，有時是北半球朝向太陽方向傾斜，有時則是南半球朝向太陽方向傾斜。當北半球朝太陽側傾斜時就是北半球的夏天，相反時則是北半球的冬天。而在南半球，情況正好相反。
單純只是因為，地球這顆行星，帶著傾斜的姿態持續自轉公轉。
傾角造成的，兩種效果
當某個半球朝太陽側傾斜時，會同時發生兩種效果。第一是白天時間變長。朝太陽側傾斜的半球，在地球自轉一天之中，被陽光照射的時間比例會增加。
第二則是陽光會以更接近垂直、更筆直的角度照射地面。這第二種效果雖然不太引人注意，但被認為是造就季節冷熱的一大關鍵因素。
陽光越「垂直」照射，強度就越強
把手電筒垂直朝下照向牆壁，會形成一個小而明亮的圓形光斑。同一支手電筒若斜著照向牆壁，光的形狀會拉長變大，同一位置的亮度也會變弱。這是因為相同分量的光，分散到了更大的面積上。
陽光也是同樣的道理。當太陽位於天空較高的位置（光以接近垂直的角度照射）時，地面每單位面積接收到的能量就會較多。相反地，太陽位置較低（光以斜角照射）時，相同分量的光會分散到更大的面積，每單位面積接收到的能量就會較少。夏天太陽升得高、冬天太陽升得低，正是地軸傾角造成的結果。實際差距有多大，下面的折疊區塊會用數字驗證。
在澳洲等南半球國家，12月、1月是夏天，6月、7月是冬天。地球與太陽的距離對南北半球來說應該是共通的，但季節卻完全相反――這正是一個清楚的證據，證明季節的成因不是距離，而是地軸的傾角。
順帶一提，地軸的傾角雖然決定了「白天的長短」，但「幾點會天黑」則是另一個更複雜的問題。也可以參考最早天黑的日子，其實不是冬至？這篇文章。
可以自己動手驗證的實驗
- 在暗房中，準備一支手電筒（或手機的手電筒功能）和一張白紙
- 把手電筒垂直對準紙面照射，觀察光的形狀和亮度
- 保持相同距離，把手電筒斜著照射，比較光的形狀和亮度
- 確認斜著照射時，光的形狀會拉長變大，同一面積的亮度感覺較弱
這和太陽的高度會改變地面接收能量強度，是同樣的原理。
總結
季節形成的原因，不是地球與太陽距離的變化，而是地球帶著傾斜的地軸持續公轉所致。地軸朝太陽側傾斜的半球，除了白天變長之外，陽光也會以更接近垂直的角度照射，讓每單位面積接收到更多能量，因此氣溫上升。南北半球季節相反的現象，也和這個傾角的解釋完全吻合。
讓夏天變熱的，不是與太陽之間的距離。
而是地球始終如一堅守的「傾斜」姿態。
利用太陽高度因地點而異這一點，甚至還能測量出地球本身的大小。這個故事收錄在地球的大小，是怎麼測量出來的？這篇文章中。
想了解更多 ― 用語、數值與教科書的關聯從國中理科到研究中的議題，皆明確標示程度等級
- 國中國中理科所學的範圍
- 高中高中「地球科學基礎」所學的範圍
- 高中＋高中「地球科學」，或教科書中發展、專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（天文學）的內容
- 研究中連大學都不會當作「定論」教授，而是研究者目前仍在探究中的議題
國中用語：與季節相關的詞彙
- 公轉：地球繞太陽運行的動作。
- 地軸：地球自轉時作為旋轉中心的軸。
- 正午太陽高度：太陽在天空中達到最高點時，從地面觀測到的角度。
高中用公式驗證：太陽高度會讓日照強度差多少
實際計算太陽的正午高度（與正上方的角度偏差）與地面接收日照強度之間的關係，藉此驗證。
以緯度約35.7度的地點（設想為東京附近）為例，計算夏至與冬至時，與正上方角度的偏差。地軸傾角約為23.4度。
| 夏至時與正上方的角度偏差 | 35.7 − 23.4 ＝ 12.3 |
| 夏至的角度偏差 | 約 12.3° |
| 冬至時與正上方的角度偏差 | 35.7 ＋ 23.4 ＝ 59.1 |
| 冬至的角度偏差 | 約 59.1° |
可以知道，夏至時太陽幾乎升到接近正上方，而冬至時太陽只能升到相當低的位置。
地面接收的日照強度，已知與正上方角度偏差越大就越弱的關係（與角度的餘弦、cosine成比例）。查詢三角函數的數值可知，角度12.3°的餘弦值約為0.977，角度59.1°的餘弦值約為0.514。
| 夏至與冬至的日照強度比 | 0.977 ÷ 0.514 ≒ 1.90 |
| 日照強度比 | 約 1.90 倍 |
光是角度的差異，就使得陽光照射地面的強度，夏至約為冬至的1.9倍。再加上白天長短的差異，夏冬兩季接收的日照總量差距會進一步擴大。
※ 此處的緯度、角度僅為代表性參考值。實際的正午太陽高度與日照量會因地點、大氣狀態而有所不同。
高中＋季節延遲現象
已知實際氣溫最高的時期，會比日照最強的夏至前後稍微延後。這是因為海洋和地面蓄積、釋放熱量需要時間所致，這種現象稱為季節延遲。日本最高氣溫出現的時期比夏至（約6月）晚，落在約8月左右，一般認為也是這種效果造成的。
大學米蘭科維奇循環的概念
已知地球地軸傾斜的角度、公轉軌道的形狀（橢圓扁平的程度），以及地軸方向緩慢擺動的進動運動，會在數萬年這種極長的時間尺度上逐漸變化。這些週期性變化被稱為米蘭科維奇循環，一般認為與冰期、間冰期這類全球規模的氣候週期性變動有關。
研究中尚未釐清的部分
- 米蘭科維奇循環具體在哪個時間點、以何種程度影響冰期的開始與結束，據說在古氣候學領域至今仍在持續討論與研究中。這是因為除了地軸傾角與軌道變化之外，大氣中溫室氣體濃度的變化等多種因素也交織在一起。
- 針對地軸傾角本身未來將如何變化，進行更精密預測的研究也在進行中。傾角的變化雖然是數萬年單位的極緩慢現象，但被視為攸關長期氣候模型精確度提升的重要研究主題。
在「季節」這個日常現象的背後，隱藏著涵蓋數萬年天體運行的宏大研究主題。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文何處 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・地球與宇宙 | 公轉、地軸、正午太陽高度的基本用語 |
| 高中 | 地球科學基礎・太陽與地球的運動 | 正午太陽高度與日照強度的計算 |
| 高中＋ | 地球科學・氣候系統 | 季節延遲現象 |
| 大學 | 天文學・古氣候學 | 米蘭科維奇循環 |
| 研究中 | 古氣候學（研究中） | 冰期變動與米蘭科維奇循環的關係 |
- 國立天文台「暦計算室（Reki Keisan Shitsu）」中，關於地球公轉軌道與近日點、遠日點的解說資料。
- 地球科學基礎教科書中，關於地軸傾角與季節關係的解說。
- 氣象廳（Japan Meteorological Agency）「季節の遅れ（季節延遲）」相關解說資料。
- 古氣候學相關教科書中，關於米蘭科維奇循環的解說。
- 天文學相關教科書中，關於正午太陽高度與日照量關係（餘弦定律）的解說。
※ 緯度、角度、比例的數值為代表性參考值，實際數值會因地點與年份而略有不同。
※本文為大眾科普解說。有關天體運行與曆法的正確數值，請以國立天文台等公家機關公布的資訊為準。