Nhiều người cho rằng mùa hè nóng bức là do Trái đất "đến gần" Mặt trời, mùa đông lạnh giá là do Trái đất "đi xa" Mặt trời. Tuy nhiên đó là cách giải thích thiếu khoa học.
Sau đây là những phân tích của ông Đặng Vũ Tuấn Sơn, Chủ tịch Hội Thiên văn và Vũ trụ học Việt Nam về cơ sở phân chia các mùa trên Trái đất dựa trên khoa học về thiên văn.
Phân chia mùa do độ nghiêng của Trái đất
Sự thật là có các mùa trong năm do ảnh hưởng của độ nghiêng 23,5 độ của trục Trái đất so với mặt phẳng quỹ đạo của nó quay xung quanh Mặt trời chứ không phải vì Trái đất ở gần hay xa Mặt trời. Điều đó có nghĩa là mùa hè ở Bắc Bán Cầu xảy ra khi mà cực Bắc của Trái đất hướng về phía Mặt trời. Cùng tại thời điểm đó thì cực Nam của Trái đất hướng ra xa Mặt trời và do vậy mùa đông bắt đầu đến tại Nam bán cầu.
Các mùa trên Trái đất dựa trên chu kỳ chuyển động của Trái đất với hệ Mặt trời.
Lưu ý là cự ly giữa điểm cận nhật và điểm viễn nhật (điểm gần nhất và xa nhất từ Trái đất đến Mặt trời) của Trái đất trong hành trình quay xung quanh Mặt trời. Trái đất đi qua cận nhật vào khoảng từ ngày 2 -5/1, khi đó khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời là khoảng 147,1 triệu km; trong khi đó nó qua điểm viễn nhật vào khoảng ngày 4-7/7 với khoảng cách là 152,1 triệu km.
Như vậy chúng ta thấy rằng hiệu số của hai khoảng cách này là 5km, quy đổi ra phần trăm thì điểm cận nhật và điểm viễn nhật chỉ chênh lệch nhau khoảng 3%. 3% là con số rất nhỏ, không thể tạo nên các mùa trên Trái đất, sự khác nhau về khoảng cách này chỉ tạo ra sự chênh lệch về lượng ánh sáng Mặt Trời mà mỗi bán cầu nhận được trong cùng một mùa, cụ thể mùa hè ở Nam Bán cầu sẽ nhận được ánh sáng Mặt trời nhiều hơn mùa hè ở Bắc Bán Cầu.
Mùa hè và mùa đông có tâm điểm là các ngày mà chúng ta gọi là các ngày chí, chúng được đánh dấu bằng sự kiện Mặt trời ở điểm cao nhất và thấp nhất trên bầu trời. Tại Bắc bán cầu, Mặt trời thường ở vị trí cao nhất vào ngày 21/6, cao hơn 40 độ so với vị trí thấp nhất của nó vào ngày 21/12. Chính vì lý do đó, mùa hè bắt đầu vào khoảng ngày 21/6 tại Bắc bán cầu và mùa đông sẽ bắt đầu ở Nam bán cầu cũng vào ngày này.
Lịch dựa trên thời tiết
Tiết khí và trung khí, ngày này thường được gọi cho ngắn gọn chung là tiết khí hay đơn giản là tiết, là các giai đoạn khác nhau trong năm, mỗi giai đoạn dài khoảng 15 đến 16 ngày, đặc trưng bởi những đặc điểm thời tiết khác nhau trong năm.
Chúng được đúc rút ra từ quan sát thời tiết của người xưa qua rất nhiều năm và được đặt tên để đặc trưng cho thời tiết tương ứng. Chẳng hạn tiết đầu tiên trong năm là lập xuân, tức là bắt đầu mùa xuân, hay tiếp cuối năm tên là đại hàn, ám chỉ rằng giai đoạn này thường có rét đậm. Trên quan điểm thiên văn học thì các tiết này tương ứng với các vị trí khác nhau của Trái đất trên quĩ đạo chuyển động của nó quanh Mặt trời.
Có tất cả 24 giai đoạn xen kẽ tiết khí và trung khí hợp lại thành một năm, tương đương với một chu kỳ thời tiết. Một điểm cần lưu ý là trên thực tế, các tiết này có ngày tháng không cố định theo Âm lịch nhưng lại gần như cố định trong Dương lịch là bởi Dương lịch vốn được đặt theo chu kỳ của Trái đất quanh Mặt trời, không có tháng nhuận như âm lịch nên không có sự lệch về ngày tháng so với thời tiết. Chẳng hạn tiết lập xuân luôn rơi vào mùng 4 hoặc 5 tháng 2 Dương lịch nhưng lại có thể là một ngày nào đó từ cuối tháng chạp cho đến giữa tháng giêng trong Âm lịch theo tùy từng năm.
Ngày nay với kiến thức về thiên văn học đã có thì chúng ta biết rằng một năm là một chu kỳ chuyển động của Trái đất quanh Mặt trời, chính là chu kỳ năm Dương lịch. Một năm như vậy ứng với chu kỳ biến đổi thời tiết.
Người phương Đông trước đây thì không dựa vào vị trí của Mặt trời mà dựa vào vị trí của Mặt Trăng, nên khi ước đoán chu kỳ thời tiết thì họ thấy chu kỳ này tương đương với khoảng 12 tuần Trăng, do đó một năm được qui ước là độ dài của 12 tuần Trăng, hay 12 tháng.
Tuy nhiên sau đó người ta nhận ra là chu kỳ 12 tuần trăng này ngắn hơn chu kỳ thực của thời tiết khoảng 10 ngày, như vậy nếu cứ để nguyên 1 năm 12 tháng thì cứ ba năm lịch sẽ đi chậm so với chu kỳ thời tiết khoảng 1 tháng, càng nhiều năm độ lệch càng cao. Do vậy nên người phương Đông xưa đưa thêm vào tháng nhuận.
Cứ khoảng ba năm thì lại có một tháng nhuận. Về qui tắc tính thì người ta lấy ngày đông chí hàng năm làm mốc. Năm nào mà giữa hai ngày đông chí có 13 điểm sóc thì năm đó có thêm tháng thứ 13. Năm có tháng nhuận này được gọi là năm nhuận âm lịch, tháng nhuận được chọn là tháng đầu tiên trong năm không chứa trung khí nào, và được lấy tên theo tháng ngay trước nó.
Với việc cải tiến để Âm lịch "đuổi kịp" Dương lịch và phù hợp với chu kỳ thời tiết, loại Âm lịch chúng ta dùng ngày nay đôi khi còn được gọi là "Âm Dương lịch". Tuy nhiên về cơ bản thì nó vẫn lấy cơ sở ban đầu của Âm lịch ban đầu, do đó để ngắn gọn chúng ta vẫn có thể gọi nó là "Âm lịch" như cách gọi tên thông dụng.
