يحدث الانقلاب الشمسي (Solstice) مرتين في السنة . يحدث الانقلاب الشمسي الشتوي في نصف الكرة الارضية الشمالي يوم 21 أو 22 ديسمبر حيث تصل الشمس إلى أصغر ارتفاع خلال الظهر فوق الأفق . أما الانقلاب الشمسي الصيفي فيحدث يوم 21 يونيو في نصف الكرة الارضية الشمالي حيث تكون الشمس في أعلى ارتفاع لها ظهرا فوق الأفق.
وتكون الأوضاع بالنسبة إلى نصف الكرة الأرضية الجنوبي بالعكس ، بينما يكون في نصف الكرة الشمالي شتاءا يكون صيفا في نصف الكرة الأرضية الجنوبي ، وإذا كان صيفا في نصف الكرة الشمالي يكون شتاءا في نصف الكرة الأرضية الجنوبي.
هذا بسبب ميل محور دوران الأرض حول محورها بزاوية نحو 3و23 درجة بالنسبة إلى مستوي مدارها حول الشمس (أنظر الرسم).
تكون الشمس عمودية يوم 21 يونيو على مدار السرطان (وهو خط دائرة عرض 3و23 درجة شمال خط الإستواء) وابتداءا من يوم 22 تتحرك عموديتها جنوبا رويدا رويدا خلال الصيف إلى أن تصبح عمودية على خط الإستواء. ثم تتعداه جنوبا حتى تصبح عمودية على مدار الجدي ظهرا (وهو دائرة عرض 3و23 درجة جنوبا ) يوم 21 ديسمبر . عندما تكون أشعة الشمس عمودية على مدار السرطان أي في 21 يونيو نقول أن الصيف قد بدأ في نصف الكرة الشمالي ، وبالتالي يكون بداية فصل الشتاء في الجنوب . لهذ الاصطلاح "إنقلاب" من الربيع إلى الصيف ، وعندما تكون الشمس عمودية على مدار الجدي في 21 ديسمبر نقول أن الشتاء قد بدأ في نصف الكرة الأرضية الشمالي ، ويكون الإنقلاب صيفيا لدى نصف الكرة الأرضية الجنوبي.
النهار والليل [عدل]



دورة الارض حول الشمس. إلى اليسار: صيف في نصف الكرة الأرضية الشمالي. إلى اليمين : شتاء في نصف الكرة الشمالي .

يطول النهار في نصف الكرة الشمالي صيفا ويقصر الليل . الصورة العليا توضح ذلك ، فهي تمثل الحال يوم 21 يونيو . أشعة الشمس تكون عمودية على مدار السرطان ويستمر النهار 5و13 ساعة ويقصرالليل . ونرى أن النهار عند مدار الجدي في نفس اليوم يكون قصيرا (10 ساعات ) ويطول الليل . وينعكس هذا الحال خلال الشتاء حيث يقصر النهار في نصف الكرة الارضية الشمالي ليكون 10 ساعات ويكول الليل . عندئذ يكون النهار فوق مدار الجدي نحو 5و13 ساعة ويقصر لدى سكانه الليل .
وطبقا للشكل الذي يمثل وضع الارض بالنسبة للشمس يوم 21 يونيو عندما يبدأ الصيف في نصف الكرة الأرضية الشمالي ، نجد أن النهار يزداد طولا كلما انتقلنا من خط عرض شمالي شمال مدار السرطان. فيصل النهار إلى 24 ساعة عند دائرة عرض 5و66 درجة ، أي لا يرى سكان تلك المنطقة الليل . وشمالا منها حتى القطب الشمالي يطول النهار حتى يصبح 6 أشهر ولا يُرى هناك ليل في الصيف . تنعكس الحالة خلال الشتاء ، على دائرة عرض 5و66 شمالا يطول الليل إلى 24 ساعة ويختفي النهار ، وشمالا عن هذا الخط يصبح ليلا لمدة 6 أشهر . والعكس بالعكس بالنسبة لنصف الكرة الارضية الجنوبي.
عندما تزور مدينة مثل ستوكهولم صيفا تستطيع قراءة كتاب في الخلاء حتى الساعة العاشرة مساءا ، إذ تكون الشمس لا تزال في السماء.

على خط الاستواء تتساوي الليل والنهار دائما بصرف النظر عن الفصل السنوي ، ولهذا يسمى خط الاستواء. في الربيع (23 مارس ) و الخريف ( 23 سبتمبر) تكون الشمس عمودية على خط لاستواء .
تدور الأرض حول الشمس دورة واحدة خلال 365,2422 يوم . لهذا نحسب السنة 365 يوما وفي السنة الكبيسة - كل أربعة سنوات - نحسبها 366 يوم . السنوات الكبيسة القادمة 2016 و 2020 و 2024 وهكذا . ومع ذلك يبقى فرق قدره نحو 01و0 يوم سنويا بين التقويم وزمن الدورة الحقيقية للأرض حول الشمس .
في نصف الكرة الشمالي يحدث الانقلاب الصيفي حاليا يوم 21 يونيو . وخلال القرن العشرين فكان يحدث أحيانا يوم 22 يونيو. هذ بسبب الفرق بين زمن التقويم و زمن اتمام الأرض دورتها حول الشمس. ويراعي التقويم الجريجوري بابتكارة التصحيح الزمني كل فترة ، ومن دونه لانزاح التاريخ 7 أو 8 أيام كل 1000 سنة .
يحدث النقلاب الصيفي طبقا لتوقيت وسط أوروبا حاليا يوم 21 يونيو. وسوف يحدث في عام 2020 لأول مرة ثم يتكرر ذلك في يوم 20 يونيو . كما حسب العلماء حدوث الانقلاب الشتوي حاليا طبقا لتوقيت وسط أوروبا MEZ يوم 21 و 22 ديسمبر بنفس المعدل ، ثم يزيد معدل حدوثه يوم 21 بعد ذلك . وبعد عام 2100 يتساوى حدوثه في يومي 21 و 22 ديسمبر حيث أن سنة 2100 ليست سنة كبيسة .