يبدأ الانقلاب الشتوي في المملكة والمنطقة العربية وكامل النصف الشمالي من الكرة الأرضية «شمال خط الاستواء»، اليوم قبل شروق الشمس حسب توقيت مكة المكرمة مع وصول الشمس «ظاهريا» أقصى نقطة جنوب قبة السماء خلال السنة، وهو أول أيام فصل الشتاء الذي سيستمر 89 يوما.
وأوضحت الجمعية الفلكية أن الشمس تكون واقعة مباشرة فوق مدار الجدي «ظهرا» في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية، وتكون الشمس «ظاهريا» في أقصى ميلان نحو الجنوب حيث يميل القطب الشمالي بعيدا عن الشمس بمقدار 23.5 درجة، وفي جميع المواقع شمال خط الاستواء يكون طول النهار أقل من 12 ساعة. وفي جنوب خط الاستواء يكون النهار فيها أطول من 12 ساعة.
وأشارت إلى أنه في يوم الانقلاب الشتوي يلاحظ تأخر الفجر وأن الشمس تشرق من أقصى الجنوب الشرقي وقوس المسار الظاهري للشمس في قبة السماء منخفض ويمكن ملاحظة كيف تظهر الشمس عند الظهر وفي ذلك الوقت يمكن رؤية أن ظلال الأشياء تكون في أقصى طول لها خلال العام. ومن ثم يأتي غروب الشمس مبكرا.
وخلصت إلى القول إن الانقلاب الشتوي يحدث بسبب ميلان محور الأرض وحركتها في مدارها حول الشمس ولأن الأرض أثناء دورانها حول الشمس ليست عمودية وإنما مائلة بمقدار 23 درجة ونصف درجة، فإن النصف الشمالي والنصف الجنوبي من الأرض يتبادلان الأماكن في استقبال ضوء الشمس، ولذلك فإن ميلان الأرض ــ وليس المسافة التي تفصلها عن الشمس ــ هو السبب في حدوث الفصول.