太陽在頭頂正上方需要人剛好在太陽直射地點，即太陽照射角度為90°，而太陽直射地球位置随一年四季在南北回歸線間變化。
地球在圍繞太陽公轉時，地軸（地球自轉軸）與黃道面（公轉軌道平面）永遠保持66°34′ 南北回歸線的交角。也就是說，地球總是斜着身子在繞着太陽旋轉。這樣，地球有時是北半球傾向太陽，有時又是南半球傾向太陽，因而太陽光直射地球的位置會随時間而發生南北的移動。到夏至這一天，太陽光直射北緯23°26′的緯線上。過了夏至，太陽光逐漸南移，北半球受太陽照射的時間逐漸減少。北緯23°26′的緯線是太陽光在北半球上直射點的最北界限，因此把這條緯線稱為北回歸線。冬至時太陽光直射在南緯23°26′的緯線上，冬至過後，太陽光又開始逐漸北移，到夏至時，再次直射北回歸線。南緯23°26′的緯線則是太陽光在南半球上直射點的最南界限，把這條緯線稱為南回歸線。
所以如果你處于南北回歸線之間，一年中總有一段時間，中午太陽會在頭頂，比如你若在北緯23°26′上，那麼夏至當天中午太陽就會剛好在頭頂上了；如果你不在南北回歸線之間，則永遠無法看到太陽在頭頂：假如你在上海，那麼夏天時候太陽直射北半球，照射你角度比較大，你會看到太陽比較靠近頭頂，影子也比較短，而冬天時候太陽直射南半球，照射你角度比較小，你會看到太陽相對遠離頭頂，影子也比較長。
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