Na severnej pologuli sa v stredu začne astronomická zima

V okamihu zimného slnovratu sa Zem na obežnej dráhe okolo Slnka ocitne v bode, keď slnečné lúče dopadajú kolmo na obratník Kozorožca (rovnobežka zodpovedajúca približne 23,5 stupňu južnej zemepisnej šírky). Pozorovateľ, ktorý stojí na tomto mieste, má slnko v čase poludnia presne v nadhlavníku a jeho postava nevrhá tieň. V rovine obratníka Kozorožca sa nachádza stred slnečného kotúča. Severná pologuľa je v tejto chvíli najviac odklonená od slnka. V miernych zemepisných šírkach sú dni krátke a slnko vychádza len nízko nad obzor, čo spôsobuje chladné počasie. Slnko napríklad v Bratislave vyjde 21. decembra o 07.39 h SEČ a zapadne o 16.00 h SEČ, teda bude nad obzorom iba osem hodín a 21 minút. Po zimnom slnovrate sa dni začnú opäť predlžovať. Toto predlžovanie je spočiatku nenápadné a neprebieha symetricky. V ranných hodinách ho ešte nebadať, pretože najneskoršie východy slnka nastanú až na Silvestra po Novom roku (v Bratislave o 07.42 h). Naopak, poobede začína svitať už pred slnovratom, pretože najskoršie zapadá slnko v dňoch okolo 10. - 15. decembra (15.57 h pre Bratislavu). Tento jav — teda striedanie ročných období —– vyplýva zo sklonu zemskej osi. Keby bola zemská os kolmá na obežnú dráhu Zeme, dopadali by slnečné lúče po celý rok kolmo na rovník. Zemská os je však naklonená o 23,5 stupňa. Vďaka tomuto sklonu aj miesto, na ktoré kolmo dopadajú slnečné lúče, kolíše počas roka medzi obratníkom Kozorožca (23,5 stupňa južnej zemepisnej šírky) a obratníkom Raka (23,5 stupňa severnej zemepisnej šírky).

V období jarnej či jesennej rovnodennosti dopadajú lúče kolmo na rovník. V oblasti za severným polárnym kruhom (90 mínus 23,5 stupňa – teda 66,5 stupňa severnej zemepisnej šírky) dokonca slnko istý čas nevychádza vôbec a panuje tam polárna noc. Napríklad v nórskom meste Tromsö, ležiacom približne na 69. stupni severnej zemepisnej šírky, slnko nevyšlo od 28. novembra. Prvý raz vyjde až 15. januára tesne pred poludním, a to na 36 minút. Keďže mesto leží tesne za polárnym kruhom, v čase zimného slnovratu medzi približne 09.30 a 13.50 h SEČ tam panuje tzv. občiansky súmrak, teda šero, ktoré nastáva tesne po západe slnka. Grónska osada Savissivik ležiaca na 76. severnej rovnobežke sa ponorila do tmy, resp. do šera 2. novembra a jej obyvatelia uvidia slnko až 9. februára. Naopak, na južnej pologuli predstavuje 21. december začiatok astronomického leta a dni sa tam postupne začínajú skracovať. Za južným polárnym kruhom slnko nezapadá a panujú tam biele noci.