明日冬至，相信有不少好学的小伙伴都想了解一下冬至的科学知识，以及顺便了解一下这大冷天的啥时候是个头，里面有啥原理。希望自己能从这方基础知识比较薄弱的角度把这些问题讲的简单易懂。真正有效的学习其实就是好奇心，爱查知识的小伙伴就是爱思考的，爱思考的人一般就是容易成长为通透的人，自然运气差不了。
废话少说，直入主题。
一、关于冬至。要想理解冬至，需要准备的是思考力：想象力、逆向思维，以及因参照物不同而导致的相对方位的不同。
1、地球绕着太阳转，而且地球本身是斜着围绕太阳转，这是大家都知道的文字概念，而理解这个概念是了解冬至的基础。
这里一个问题来了，一个圆球哪来的倾斜一说？
因为地球永远在自转着，自转就有自转的虚拟的轴，这个轴是相对于地球绕太阳公转的轨道来说永远是歪着的。
举个非常形象贴切的例子，地球就像一个自转的陀螺，小伙伴们肯定知道，稳定自转的陀螺的轴相对与地面来说是顶天立地的，而在虚空稳定自转的地球的轴是永远斜着的，同时这个斜着转的陀螺还在围绕太阳转。
另外要说明的是，地球的这个自转轴不是说一直向外倾斜或者向内倾斜着绕太阳转（小伙伴可以自己拿物体比划理解）。这么说吧，假设太阳系分东西南北的话，地球转到太阳东侧的时候，她的自转轴是斜向东的；当转到太阳北侧的时候，她的自转轴是斜向东的；当转到西侧的时候，她的自转轴还是斜向东；当自转到南侧的时候依然是斜向东（实际这种假设就是建模，所谓建模的概念没有那么高深，只不过把要研究的问题的最直接的因素摘出来，单独进行分析，这样比较容易理解，然后在一个因素一个因素的加进去，越来越接近实际环境从而具备实际价值。这种思路就像数学题的推进，先学加减法，然后把加减法放到带括号的乘除里面，随着年龄的年级的提高，而不断的增加更多的外部条件，进而能够解决更加复杂的问题。而解决复杂问题的方法，不过是反其道而行，层层剥茧，复杂问题简单化，理解了每个简单的模块，在层层理解和组合，也就明了了事物本来面目。不管是理工学科还是社会学科的专业研究，不外如是，希望更多的民众保持德行的前提下加入到理性思维和科学研究中来，此即为开启民智，避免被所谓专家和内外舆论所忽悠）。如图
2、四季变化的由来，理解了第一条概念，再讲四季变化就容易多了。继续使用上一条的模型，当地球在太阳东侧附近时，虚拟的自转轴是向东的，所以不管地球怎样每天的自转，太阳照射在地球这个圆球的中心位置位于地球的南半球，而地球的南北半球的划分是垂直于自转轴从中间即赤道位置切开的，而地球上所形成的南回归线轨迹就相当于像是一条激光照着自转的地球进而在地球上形成的切割线。从地球上来看，则是太阳在这一阶段始终是在南回归线正午的头顶上，此即为南半球的夏天，此时南回归线附近因为是直射是最热的，由南回归线向南北两侧延伸，则因为光线斜度不断加大而温度逐渐变凉，此时的北半球被斜射的最厉害自然就是冬季了。同理当地球在一年中转到太阳西侧时，太阳照在地球上的中心位置是位于上半个即北半球，各种状况也就与之前照南半球对称的状况了。同理，当地球转在太阳的南北两侧时，太阳照在地球上的中心位置是位于地球自转轴的中间位置，此时能被太阳照射的位置是和自转轴形成的切割线完全一致的（如图），此时南北半球也就同此凉热了。
3、回到最初的疑问，冬至在哪里？对于北半球来说，冬至就是太阳直射线位置照到南半球最远的南回归线那一天，自然就是太阳离北半球最远的位置，即为冬至，而此时则是南半球的夏至日，当太阳的直射线照到赤道位置时，赤道最热，而南北半球则是平均温度即为春秋季，此后太阳射线逐渐变直而温度增热的半球自然是春季，此后太阳射线逐渐变斜而温度渐冷的半球自然就是秋季了。如图
4、由冬至拓展的其他小知识。
（1）地球公转一周约需365天零5时48分46秒，故它的公转角速度约为每天1°。
（2）地球围绕太阳公转的轨道是椭圆形的曲线，太阳位于其中一个焦点上（椭圆运动规律另自查），日地距离自然也就有了远近。 地球离太阳最远的时候约在每年的7月4日(距离为152100000公里)，这时地球在轨道上的位置被称为远日点；地球离太阳最近的时候约在每年的1月3日(距离147100000公里)，这时地球在轨道上的位置被称为近日点。要注意的是，地球自转轴和太阳光照射的角度的极端情况（冬至、夏至），与日地距离的极端情况（远日点、近日点）并不一致，这一点的科学严谨性是要有的。但相对来说毕竟远日点与北半球的夏至相近，近日点与南半球的冬至相近，那么北半球的夏季就比南半球的夏季接收的阳光辐射远一些，而南半球的冬季要比北半球接收的阳光辐射要近一些，因此北半球的四季温差要小一些，南半球的四季温差要大一些。但是因为地球公转轨道的椭圆度非常小，近乎正圆，因此远近日点对地球四季的影响也就相对来说微乎其微了。另外地球围绕太阳椭圆形旋转，在近日点的公转速度较远日点要快，北半球的夏季和南半球的冬季（同一时期）要比北半球的冬季和南半球的夏季要短，具体来说，北半球的夏季略长冬季略短，南半球的冬季略长夏季略短，大概差8天左右。
（3）咱们在文章中，为方便理解多次引入了东西南北上下的概念，而在现实中，太阳系漂浮在围绕银行系运转的虚空之中，哪有什么东西南北上下哪，不过是人为以公转轨道为平面定上下，以太阳为中心四季为方位定东西，方便大家理解罢了。此时你会发现，时间和空间有很大的关联性是宇宙中常见的规律，那么时空转换的科幻设想也就有了很大的想象空间，而人生中的把喜怒哀乐交给时间也有了更粗暴的真理依据。
（4）另外冬至的说法只有中华文明有，二十四节气是中华古人圣贤，根据太阳、月亮以及以北极星为中心的北斗七星的位置变化来确定的时间和名称，同时又结合不同时间的周边动植物的变化来丰富名称。中华文明之外也只是到了近代开始利用科学手段了解公转、自转以及远近日点等知识，而国外也是根据自己所处的环境的冷暖，结合自己的社会生活，有自己的完全不一样的一年时间划分和简单称谓。
