冬至日太阳光直射南回归线，太阳光对北半球最为倾斜，太阳高度角最小，所以北半球白天最短，黑夜最长。
冬至日是太阳直射点南返的转折点，这天过后它将走“回头路”，太阳直射点开始从南回归线向北移动，北半球白昼将会逐日增长。
因为冬季太阳直射南回归线，太阳向南移动，而太阳光线取决于太阳位置移动变化。冬季，随着太阳越向北移动，太阳直射点就会越往北，因而我国处于北半球，所以冬季日短夜长。
由于地轴是倾斜的，所以地球上不同地区的昼夜长短是不同的。在地球的南北两极地区，太阳终年斜射，昼夜长短变化最大。
南北半球的高纬度地区还会出现太阳终日不落或终日不出的现象，即一天24小时都是白天或者都是黑夜，这就是极地地区的“极昼”和“极夜”现象。在南北极点，有长达半年的极昼和极夜。
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