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地球的赤道半径略长、两极半径略短，极轴相当于扁球体的旋转轴。根据国际大地测量与地球物理联合会1980年公布的地球形状和大小，主要数据如下：
*赤道半径 6378.137km
*两极半径 6356.752km
*平均半径 6371.012km
*扁率 1/298.257
*赤道周长 40075.7km
*子午线周长 40008.08km
*表面积 5.101×10 8 km 2
*体积 10832×10 8 km 3
其实，地球的真实形状与上述扁球体稍有出入。其南半球略粗、短，南极向内下凹约30m；北半球略细、长，北极约向上凸出 10m，所以夸张地说，地球的真实形状略呈梨形。地球的质量大约为5.98×10 24 kg。
地球绕地轴自西向东旋转，自转一周即一昼夜24h（实际上1恒星日为23时56分04.0905秒）。地球同时绕太阳循着称为黄道的椭圆形轨道（长轴1.52×10 8 km，短轴1.47×10 8 km，平均日地距离1.496×10 8 km）运行，称为公转，周期为1年（实际上1恒星年为365天6时6分9秒）。日地运动示意图如图2-4所示。
图2-4 日地运动示意图
地球的自转轴与公转运行的轨道面（黄道面）的法线倾斜成23.45°夹角，而且在地球公转时自转轴的方向始终指向天球的北极，这就使得太阳光线直射赤道的位置有时偏南，有时偏北，形成地球上季节的变化。
1884年国际会议制定划分时区的方法，规定每隔经度15°为一个时区，全球共分为24个时区，把通过英国伦敦格林尼治天文台原址那条经线作为0°中央经线，从西经 7.5°至东经7.5°为中时区，再向东和向西依次划分。
主要以地球自转周期为基准的一种时间计量系统称为平太阳时，平太阳时假设地球绕太阳转动的轨迹是标准的圆形，一年中每天的转动都是均匀的，每天自转一周都是24h，则每小时自转360°/24=15°，每经过1°时刻差为60/15=4min，此为地区时差计算的基础。一个地方的平太阳时以平太阳对于该地子午圈的时角来度量。平太阳时在该处下中天（子夜0点）的瞬间作为平太阳时零时。实际上我们日常使用的北京时间就是东经120°的平太阳时。
然而，地球绕日是沿着椭圆形轨道运动的，太阳位于该椭圆的一个焦点上，因此在一年中，日地距离不断改变。根据开普勒第二定律，行星在轨道上运动的方式是它和太阳所连接的直线在相同时间内所划过的面积相等，可见，地球在轨道上做的是不等速运动，因此地球相对于太阳的自转并不是均匀的，每天并不都是24h，有时少，有时多。考虑到该因素得到的是真太阳时。
太阳连续两次经过上中天（正午12点）的时间间隔，称为真太阳日。1真太阳日又分为24 真太阳时……这个时间系统称为真太阳时。真太阳时是以真太阳视圆面中心的时角来计量的，它的起算点是真太阳上中天，而我们日常生活中，习惯的起算点是下中天，正好相差12h。因此，为了和人们的日常生活习惯一致，把真太阳时定义为：真太阳视圆面中心的时角加12h。
由于一年之内真太阳日的长度在不断改变，因而一天中24真太阳时的长度也在不断变化，这在实际应用时十分不便，因此真太阳时不宜选做计时单位。
真太阳时与平太阳时的关系是：
真太阳时=平太阳时+时差值
时差值在每天都不一样，在2月10日达到负的最大值，为-14分15秒；11月2日达到正的最大值，为+16分25秒；其他日期在这两者之间；在6月11日差值最小，为0分1秒。可见时差值不大，所以在一般情况下，实际应用时常常可以不考虑真太阳时与平太阳时的差别。
每个地方的太阳时跟当地的经度有关（但与纬度无关），不同经度的地方，太阳升起落下有先有后。例如，北京的早上7点，英国伦敦是晚上11点，新疆当地的“平太阳时”则是早上4—5点。这是地方太阳时，但是为了方便，在中国都是以北京时间计算，所以要确定真太阳时，需要将当地的北京时间推算成当地平太阳时，再将平太阳时换算成当地真太阳时。其方法是：
中国当地平太阳时=北京时间+4分钟×（当地经度-120°）
中国按当地之经度推算平太阳时，以东经120°为基准，每减少1°则减4min，每增加1°则加4min。如某地位于东经90°，则90°-120°=-30°，-30×4min=-120min，则当地平太阳时是用北京时间减去 120min；又如某地位于东经 130°，130°-120°=10°，10×4min=40min，则当地平太阳时用北京时间加上40min，其余类推。
得到当地平太阳时后，再加上时差值，即可得出当地真太阳时。
在北半球除北极外，一年中只有春分日和秋分日是日出正东，日落正西。夏半年（春分—夏至—秋分）中，日出东偏北，日落西偏北方向，并且越近夏至日，日出和日落越偏北，夏至这天日出和日落最偏北。在冬半年（秋分—冬至—春分）中，日出东偏南，日落西偏南方向。并且越近冬至日，日出和日落越偏南，同样在冬至这天日出和日落最偏南，如图2-5所示。
图2-5 太阳运行轨迹示意图
北半球在夏至日（6月21日或22日），太阳直射北纬23.45°的天顶，因此称北纬23.45°纬度圈为北回归线。北半球冬至日（12月21日或22日）即为南半球夏至日，太阳直射南纬23.45°的天顶，因此称南纬23.45°为南回归线。
在春分日（北半球是3月20日或21日）与秋分日（北半球是9月22日或23日），太阳恰好直射地球的赤道平面。