בקווי הרוחב הצפוניים, כמו בארצות הברית, קנדה או אירופה, בחודשי הקיץ השמש נמצאת גבוה מעל לאופק הדרומי בהשוואה לחודשי החורף. בקיץ, השמש עולה בצפון מזרח, חוצה את מרידיאן כמעט ברום השמים, ושוקעת בצפון מערב. אבל בחורף, השמש זורחת בדרום מזרח, חוצה את מרידיאן קרוב לאופק הדרומי, ולאחר מכן שוקעת בדרום מערב. ניתן לסמן את המעבר בין עונות השנה על ידי מעקב אחר המיקום של הזריחה או שקיעה של השמש בסמוך האופק. מיקומו של גוף גדול ורחוק כמו רכס הרים להוות מכשיר מדידה פשוט אך יעיל.
לוח שנה הוא אמצעי למניית הימים לאורך השנה. אנשים בעת העתיקה עשו זאת על ידי ספירת הימים שבין זריחת השמש (או שקיעת השמש) לבין שובה חזרה למיקומה הצפוני ביותר (או הדרומי ביותר) לאחר מחזור עונות השנה – שנת השמש. אחד מכתבי היד העתיקים ביותר שנמצא בידינו מונה 360 ימים בשנה. המצרים תיקנו את מנין הימים בשנה ל- 365 ימים, והוסיפו שנה מעוברת, שנה של 366 ימים, כל שנה רביעית – באורך ממוצע של 365.25 ימים. ב- 2700 לפנה"ס שיפרו הבבלים את לוח שנה שהכיל 365.26 ימים, והיה מדויק עד כדי 30 דקות בשנה. זהו לוח שנה מרשים בדיוקו. לפני כמעט 5000 שנה, אורך השנה היה ידוע ביחס של 1 לעשרת אלפים!
מלומדים בעת העתיקה חילקו את השנה לעונות באמצעות ארבעה תאריכים מיוחדים שאנו מכירים. החורף החל ביום הקצר ביותר בשנה, סביב 22 בדצמבר. ביום זה זריחת השמש מתרחשת הרחק בדרום. מספר שעות האור ביום זה הוא הקטן ביותר בחצי הכדור הצפוני. התרבות הפאגאנית הפרה-נוצרית של אנגליה וצרפת החלה את השנה בתאריך הזה. ביום זה החלו לחגוג את חזרת השמש לכיוון צפון. מאחר ועונות השנה משתנות בצורה רציפה לאורך כל השנה, הקביעה מתי בוחרים להתחיל את לוח השנה היא שרירותית. האביב החל ביום השוויון האביבי, סביב 21 מרץ. ביום זה השמש זורחת בדיוק בכיוון מזרח ושוקעת בדיוק בכיוון מערב. אורך היום והלילה שווים ביום זה. תרבויות פגאניות אחרות, כמו אלה שסגדו לאלה מאיה, החלו את השנה ביום השיוויון האביבי, משום שהיה זה סימן לתחילתו של מחזור צמיחה חדש. הקיץ החל סביב יוני 22. ביום זה השמש זורחת בנקודה צפונית ביותר. מספר שעות האור ביום זה הוא הרב ביותר בכל השנה. בלוחות עתיקים מצויין יום זה כיום חג, מפני שהימים ארוכים ומזג האוויר נעים. יום השיוויון הסתווי הוא היום הראשון של הסתיו, סביב ה -22 בספטמבר. ביום זה עולה השמש בדיוק במזרח ושוקעת בדיוק במערב ואורך היום והלילה שוב שווים.
תרבויות פרימיטיביות אחרות סימנו גם את נקודות האמצע בלוח השנה בין ההיפוך כיוון תנועת השמש לבין ימי השיוויון. התאריכים האלה הם: 1 בפברואר, 1 במאי, 1 באוגוסט, ו -1 בנובמבר. באירלנד, פסטיבלים אלה כולם עדיין חגגו והם ידועים על ידי שמות הגאליים שלהם: Imbolic, Beltane, Lughnasa, ו Samhain. יום 1 מאי היה במקור פסטיבל פורים בעולם הפגאני, והוא עדיין פסטיבל עממי באנגליה. וכמובן ערב 1 בנובמבר הוא יום חג בחלקים רבים של העולם, כמו "יום כל קדושים" באנגליה, כמו "יום המתים" במקסיקו, כמו "ליל כל הקדושים" בארצות הברית.
אתה עלול לחשוב כי הידע העוסק בימי ההיפוך, שבהם השמש משנה את כיוונה, או מועדי הזריחה והשקיעה מהווים ידע חסר תועלת השייך לעבר הרחוק. עם זאת, קיימים לידע זה יישומים בהווה, במיוחד כאשר קיימת מודעות לסביבה. התבוננו במיקום החלונות בביתך או בדירה שבה אתה מתגורר. חלונות הפונים לצפון-מזרח או לצפון-מערב מאפשרים לאור השמש להיכנס בבקרים של הקיץ או בשעות אחר-הצהריים, כאשר סביר להניח שלא תרצו בתוספת חום לבית. ווילונות תריסים בחלונות אלה בקיץ חוסמים את שטף אור. חלונות הפונים לדרום-מזרח או לדרום-מערב, מצד שני, יכניסו לבית אור כאשר השמש נמצאת בזווית נמוכה בימי החורף, ויספקו לבית חום נוסף בחינם. בבית המתוכנן במיוחד כדי לנצל תופעות אלה, החלונות ממוקמים במטרה לנצל את אור בכל שעות היום. ניתן לנטוע עצים כך שיצלו על הבית מכיוון צפון מזרח, מזרח, מערב, וצפון מערב, בשעות הבקר או בשעות אחר הצהרים בימי הקיץ . הגגות של סוכות הצל בחופים הדרומיים של הקיץ בולמים את אור השמש בקיץ כאשר היא ברום השמים, בעוד שבחורף הם מאפשרים לקרני השמש לחמם את הרוחצים.
מקורן של רוב יחידות הזמן הגדולות: יום, חודש, שנה באסטרונומיה. מחזור מופעי הירח נמשך חודש ימים. בכל 29 וחצי ימים מופיע ירח מלא או מולד ירח, המחזור הירחי מחלק את השנה ל- 12 פעמים בקרוב. בצרפת וחלקים אחרים של אירופה נמצאו עצמות בעלי חיים מגולפים וחפצים אחרים מלפני 20,000 עד 30,000 שנה. על פניהם של חלק ממצאים אלה מופעים חריצים המעידים על כך ששוכני המערות השתמשו בהם כדי לספור את חודשי השנה. אלה הם לוחות שנה ניידים, ששרדו מימי האדם הקדמון.
קיים הבדלים בין הזמן הנקבע על ידי השמש, הירח או הכוכבים. הזמן שנדרש עבור השמש לעבור דרך מרידיאן בין שני ימים רצופים הוא יום שמשי. הזמן שנדרש לכוכב לעבור את המרידיאן בין שני לילות רצופים הוא יום כוכבני. מאחר וזריחת כוכבים מתרחשת מוקדם יותר בכל יום, היום השמשי ארוך יותר בכ- 4 דקות מאשר היום הכוכבני. בעוד שמחזור הירח ביחס לשמש (מחזור סינודי) הוא כ- 29.5 ימים, הרי שהירח משלים סיבוב סביב כדור הארץ ביחס לכוכבים – במשך 27.3 ימים בלבד. הבדלים אלה נוצרים מפני שהכוכבים משנים בהדרגה את כיוונם ביחס לשמש בשל תנועת כדור הארץ סביב השמש, והירח הנע יחד עימו.
ברגע שאנשים בעת העתיקה זיהו את קבוצות הכוכבים, הם גילו כי חמישה כוכבים "בהירים" היו שונים מכל שאר הכוכבים. ה"כוכבים" אלה עברו בין קבוצות הכוכבים הקבועות. הם נודעו בשם "פלנטות", שמקורה במילה היוונית "נודד". ל"כוכבים" אלה היו מאפיינים יוצאי דופן. לדוגמה, הם לא נמצאו בשום מקום מוגדר בשמים אבל תמיד נעו ברצועת השמים שבה נעו גם השמש והירח. כוכבי לכת מסוימים נראו קרובים רק לשמש, אחרים נצפו גם רחוק מהשמש. כוכבי לכת מסוימים שינו מדי פעם את כיוון התנועה שלהם בשמים. השמות של כוכבי הלכת מקורם מהאלים הרומיים: מרקורי, ונוס, מאדים, יופיטר, וסטורן. (כוכבי הלכת האחרים – אורנוס, נפטון ופלוטו – לא התגלו עד להמצאת הטלסקופ, וכדור הארץ טרם הוכר כפלנטה).
בכל תרבויות נוצר גם פרק זמן שאורכו כשבוע. המצרים הקדמונים בחרו ביחידת זמן של 10 ימים, הבבלים ב- 7 ימים, האשורים השתמשו 5 ימים, וכמה שבטים מערב אפריקה השתמשו 4 ימים בשבוע. לוח השנה שלנו מבוסס על המסורת הרומית, שבה שבעה ימים בשבוע. לאחר שבעה ימים ניתן לראות את תנועתם בשמים של גופים הבאים: שמש, ירח, וחמישה כוכבי לכת. לכמה משמות הימים ניתנו שמות המתאימים לגופים שמימים: יום שבתאי הוא יום ראשון, יום ירח – יום שני. החיבורים לכוכבי לכת אחרים ברורים יותר בשפות הלטיניות כגון ספרדית, איטלקית וצרפתית. יום שלישי הוא יום מאדים למשל (מרדי בצרפתית, מארטס בספרדית). יום רביעי הוא יום מרקורי (Mercredi בצרפתית, Miercoles בספרדית), יום חמישי הוא יום יופיטר (ג'ודי בצרפתית, ו Jueves בספרדית), ואת יום שישי הוא יום ונוס (Vendredi בצרפתית, ו Viernes בספרדית). אז מה קרה לשמות של ארבעת הימים האלה באנגלית? הם נקראו על שם אלים מהתרבות האנגלו-סקסית לפני אלף שנה. שמו של יום שלישי על שמו של מטיו, אל המלחמה הנורדי. יום רביעי קשור לשמו של וודן, האלוהות העליונה. יום חמישי מקורו ב-ת'ור, אלוהי הרעם. ויום שישי לכבודה של פריג, אשתו של וודן אלת האהבה והיופי.
אפילו לחלוקה היום לשעות יש מוצא אסטרונומי. אסטרונומים מצריים השתמשו ברצף הכוכבים הבהירים על פני השמים לצורך מדידת הזמן בלילה. שנים עשר כוכבי זמן היו גלויים במהלך תקופת הקיץ הקריטית, כאשר הנילוס היה מוצף. הלילה (ומאוחר יותר גם בשעות היום) חולק לשתים עשרה שעות. מדידת הזמן היתה פרימיטיבית מאוד עד לפני 250 השנים. היוונים השתמשו בשעוני שמש והרומאים שיכללו את שעון המים, שבו יכלו המים לטפטף בקצב אחיד, דרך חור קטן באבן. שעון החול הופיע החל מהמאה ה- 8 באירופה. אף אחד לא יכול היה לחלק את שעות לדקות ולשניות עד להופעת שעון המטוטלת במאה ה -17. אנו יכולים להודות לבבלים לפני 5000 שנה על חלוקת השעה ל -60 דקות והרגע ל- 60 שניות.
תכונות רבות אחרות של לוח השנה שלנו הקשורות לתחילת האביב מקורון בטכס פגאני של פולחן היוםה ראשון. "סטונהנג" (Stonehenge) ומבנים פרהיסטוריים גדולים אחרים נבנו כדי למדוד ולחגוג אירועים שנוצרו עקב תנועות השמש. מסורות פגניות רבות שזורות בלוח השנה הנוצרי הקדום שאנחנו נוהגים לפיו. השנה מתחילה ב -1 בינואר. מקורו בתרבויות פגאניות שהתחילו את לוח השנה שלהם, כאשר הם יכלו לזהות את השמש מתחילה לנוע צפונה בעת הזריחה והשקיעה. יום המנוחה של יום ראשון מקורו ביום פגאני של הפולחן של השמש. מדוע שעונים נעים בכיוון השעון? בצפון אירופה עוצבו שעונים שנועדו לחקות את תנועת שעון השמש משמאל לימין על פני השמים הדרומיים. ההרגלים רבים שלנו קשורים לזמן שעוצב ונחלק על פי רעיונות אסטרונומיים שנוצרו בתרבויות קודמות.