از نظر علم ستاره شناسی شب به مدت زمان لحظه غروب خورشید تا لحظه طلوع خورشید اطلاق می شود .
از آنجا که مدار زمین به گرد خورشید زاویه 23.5 درجه دارد از دید ناظر زمینی ظاهرا اینگونه به نظر می رسد که خورشید بر کره آسمان جابجا شده و نسبت به معدل النهار و یا همان استوای آسمان این زاویه را مدار خورشید می سازد. به مسیر حرکت ظاهری خورشید در زمینه آسمان در مدت یک سال خورشیدی، دایرة‌البروج گفته می‌شود. در این شرایط باید دو حلقه را در نظر بگیریم که یکی معدل النهار و دیگری مدار گردش ظاهری خورشید بر کره آسمان است که این دو حلقه با هم زاویه 23.5 درجه دارند و در دو نقطه یکدیگر را قطع می کنند که آنها نقاط اعتدال هستند. دو نقطه اعتدال شامل دو اعتدال بهاری(نوروز) و دیگری اعتدال پاییزی و آغاز ماه مهر است.
در طرفین نقاط اعتدال، نقاط انقلابین قرار دارند که یکی انقلاب تابستانی و دیگری انقلاب زمستانی است. با این حساب سمت طلوع خورشید در هر فصل متفاوت است . در روز اول بهار که اعتدال بهاری است، خورشید دقیقا در شرق طلوع می‌کند؛ اما هر چه به انتهای فصل بهار نزدیک می‌شویم، فاصله خورشید از استوای سماوی بیشتر می‌شود و نه تنها طول روز (فاصله بین طلوع تا غروب خورشید) بیشتر می‌شود، که محل طلوع خورشید کمی به سمت شمال تغییر می‌کند. هرچه عرض جغرافیایی بیشتر باشد، این جابجایی نیز بیشتر است.
در اول تیرماه که انقلاب تابستانی است، خورشید از شمال‌شرقی‌ترین حالت ممکن طلوع می‌کند و در شمال‌غربی‌ترین حالت ممکن غروب می‌کند و طول روز به بیشترین مقدار خود در نیم‌کره شمالی می‌رسد.
در فصل زمستان وضعت به گونه دیگری است و خورشید از جنوب شرقی طلوع می کند و کمان کوتاهی را در آسمان طی کرده و در جنوب غرب غروب می کند، با این شرایط با توجه به کم بودن مدت زمان خورشید در آسمان طول روز کوتاه می شود، خورشید به نیم کره شمالی مایل می تابد و زمین کمترین مقدار نور و گرما را از خورشید دریافت می‌کند. به این ترتیب فصل زمستان در نیم کره شمالی آغاز شده است این در حالی است که در نیم کره جنوبی عکس این وضعیت وجود دارد و در حالی که مردم در نیم کره شمالی سرمای زیر صفر را تجربه می کنند در نیم کره جنوبی مردم کشورهایی مثل استرالیا در حال شنا کردن هستند.هنگام انقلاب زمستانی خورشید به حداکثر گشودگی 23.5 درجه ای زاویه ای خود نسبت به استوای آسمان می رسد و طول شب (فاصله غروب امروز تا طلوع خورشید در روز بعد) به بیشترین مقدار خود می‌رسد.ایرانیان در روزگاران بسیار دور از این تفاوت زمانی شب و روز در طول سال آگاه بودند و آن را به حساب می آوردند.طولانی ترین شب سال به این معنا نیست که طول این شب نسبت به شب های دیگر خیلی بلند تر است بلکه گاها این طولانی بودن به کمتر از یک دقیقه می رسد.ایرانیان باستان در شب یلدا با گرد هم آمدن که همان سنت دید و بازدید است، ضمن یاد کردن از مفاخر و اندیشمندان و سرایش ابیات و داستان های قهرمانی سعی در انتقال این آموزه ها و استفاده بهینه از این شب طولانی داشتند و با استفاده از تنقلات سالم و میوه های مختلف این گرد هم بودن را جشن می گرفتند.در 4 گوشه ایران طول شب یلدا متفاوت است. چابهار که در جنوب شرقی کشور قرار دارد کوتاه ترین شب یلدا رادارد طول شب یلدا در این منطقه 13 ساعت و 27 دقیقه است. در مقابل شهر ماکو که در شمال غربی ایران قرار دارد با 14 ساعت و 37 دقیقه طولانی ترین شب یلدا رادارد.در تهران نیز طول شب یلدای امسال 14 ساعت و 16 دقیقه است.