يحل الانقلاب الشتوي في شهر ديسمبر عندما تصل الشمس إلى أقصى نقطة جنوبية فوق مدار الجدي، في ظاهرة فلكية سنوية تعد الأهم في حركة الشمس الظاهرية.

ومع بلوغ هذه النقطة، تبدأ الشمس تدريجيا بالتحرك شمالًا مرة أخرى، في إشارة إلى تغير موسمي جديد.

يميل نصف الكرة الشمالي في ديسمبر بعيدًا عن الشمس، ما يؤدي إلى استقبال كمية أقل من الضوء خلال النهار وفي لحظة الانقلاب الشتوي يسجل أقصر يوم في السنة شمال خط الاستواء، ويكون تأثير هذا القِصر أكبر كلما ابتعدت المنطقة عن خط الاستواء.

المناطق الاستوائية: تتراجع ساعات النهار بشكل طفيف فقط

المناطق المعتدلة: يقل طول النهار بوضوح.

داخل الدائرة القطبية الشمالية: تعيش بعض المناطق تحت وطأة الليل القطبي حيث لا تشرق الشمس إطلاقا.

وعلى النقيض تماما، يشهد نصف الكرة الجنوبي أطول يوم في السنة تزامنا مع الانقلاب الشتوي للشمال (الصيفي في الجنوب) ويزداد طول النهار كلما اتجهنا جنوبا، حتى تصل المناطق داخل الدائرة القطبية الجنوبية إلى ظاهرة شمس منتصف الليل حين لا تغرب الشمس طوال 24 ساعة.

الانقلاب الشمسي هو النقطة التي تتوقف فيها الحركة الظاهرية للشمس شمالا أو جنوبا قبل أن تعكس اتجاهها يحدث ذلك بسبب حركة النقطة تحت الشمسية، أي النقطة الواقعة مباشرة أسفل الشمس على سطح الأرض.

تتحرك هذه النقطة:

شمالًا حتى يونيو (الانقلاب الصيفي في الشمال).

ثم جنوبًا حتى ديسمبر (الانقلاب الصيفي في الجنوب).

وتعكس هذه الحركة تغيّر مسارات شروق الشمس وغروبها خلال العام.

يعود هذا التغيير إلى ميل محور الأرض بزاوية 23.4 درجة عن مستوى دورانها حول الشمس.

في شهر يونيو :يميل النصف الشمالي نحو الشمس.

في ديسمبر: يميل النصف الجنوبي نحو الشمس.

وبذلك تتبدل كمية الإشعاع الشمسي الساقط على كل جزء من أجزاء الأرض، ما يؤدي إلى اختلاف الفصول.

ورغم أن الانقلاب الشتوي يمثل أقصر أيام السنة، إلا أن أبكر غروب للشمس يحدث قبل موعد الانقلاب بأيام، بينما يحدث أحدث شروق بعده بأيام ويرجع ذلك إلى الاختلاف بين الزمن الشمسي الظاهري والوقت القياسي في التقويم المعتمد.

يقع الانقلاب الشتوي عادة بين 20 و21 و22 و23 ديسمبر، وغالبا ما يحدث في 21 أو 22 ديسمبر.

آخر انقلاب وقع في 23 ديسمبر كان عام 1903.

كما يعد حدوث الانقلاب في 20 ديسمبر أمرًا نادرا، والمتوقع التالي سيكون في عام 2080.

يعود التغيير في تواريخ الاعتدالات والانقلابات إلى عدم تطابق السنة التقويمية (365 أو 366 يومًا) مع السنة الاستوائية التي تستغرق نحو 365.242199 يومًا.

هذا الفارق الصغير يؤدي إلى انزياح تدريجي، يُعاد ضبطه باستخدام السنة الكبيسة كل أربع سنوات تقريبًا.

كما تُسهم عوامل أخرى في هذا التغيير، مثل:

التذبذب في محور الأرض

التغيرات في حركة الأرض المدارية واليومية

اختلاف طول السنة الاستوائية من عام إلى آخر