חוג הקוטב הוא כינוים של שני קווי רוחב: חוג הקוטב הצפוני - שנקרא גם החוג הארקטי, שהוא קו הרוחב 66.5° צפון, וחוג הקוטב הדרומי - שנקרא גם החוג האנטארקטי, שהוא קו הרוחב 66.5° דרום. ניתן להרחיב את ההגדרה ולהתייחס ל"חוג הקוטב" ככלל השטח שבין קווי רוחב 66.5° לקטבים הקרובים אליהם.
נטיית כדור הארץ וקביעת חוג הקוטב
אורך היום (מהזריחה עד לשקיעה) בתל אביב לעומת סטוקהולם
קביעת חוגי הקטבים לקווי הרוחב 66.5° נובעת מנטייתו של ציר הסיבוב של כדור הארץ מהציר המאונך למישור המלקה ב־23.5°. נטייה זו היא הגורמת לשינויים באורך היום והלילה (כמות שעות האור ביממה) בנקודה ספציפית על־פני העולם לאורך השנה, והשינויים הללו בתורם הם הגורמים לעונות השנה.
בקו המשווה, אורך היום נשאר קבוע לכל אורך השנה והוא עומד על 12 שעות בהן השמש נראית מעל האופק (יום), ו־12 שעות בהן השמש נמצאת מתחת לאופק ("לילה"). בגלל נטיית כדור הארץ, ככל שמתקדמים מקו המשווה לכיוון הקטבים, כך מקצין השוני באורכי היום והלילה לאורך השנה. כך למשל, כפי שניתן לראות באיור, ביום הארוך בשנה (ה־21 ביוני, תחילת הקיץ בחצי הכדור הצפוני) תל אביב (שנמצאת על קו רוחב 32° צפון) נהנית מ־14 שעות אור, בעוד שסטוקהולם (שנמצאת על קו רוחב 59° צפון) נהנית מ־18 שעות אור, ואילו בתחילת החורף, ביום הקצר בשנה (ה-21 בדצמבר, תחילת החורף בחצי הכדור הצפוני) תל אביב נהנית מ־10 שעות אור, בעוד שסטוקהולם הצפונית יותר נהנית רק מ-6 שעות אור.
הייחוד בקו הרוחב 66.5°
הייחוד של קו הרוחב 66.5° צפון (החוג הארקטי) הוא שביום הארוך בשנה, אורך היום הוא 24 שעות אור - כאורך כל היממה. ביום זה השמש לא שוקעת אלא נותרת מעל האופק לכל אורך היממה, תופעה המכונה שמש חצות. לעומת זאת, ביום הקצר בשנה אורך היום הוא אפס שעות אור, כלומר לאורך כל אותו יום השמש לא זורחת, אלא נותרת מתחת לאופק. קו החוג הארקטי הוא קו הרוחב הדרומי ביותר (בחצי הכדור הצפוני) בו מתקיימת התופעה של שמש חצות (ביום אחד בלבד, ב־21 ביוני). תנאים דומים מתקיימים בקו הרוחב 66.5° דרום (החוג האנטארקטי), המהווה את קו הרוחב הצפוני ביותר (בחצי הכדור הדרומי) בו מתקיימת התופעה של שמש חצות (ב־21 בדצמבר).
קו הרוחב 66.5° נקבע כתוצאה מההפרש בין קו הרוחב בקוטב (90°) לנטיית כדור הארץ ממישור המלקה (23.5°). ככל שמתרחקים מחוגי הקוטב לכיוון הקטבים הקרובים אליהם, מספר הימים בהם השמש לא שוקעת בקיץ ולא זורחת בחורף גדל. לדוגמה, בקו רוחב 70° עוברים כ־60 יום בהם השמש לא שוקעת בקיץ ולא זורחת בחורף, בהשוואה ליום בודד בקו רוחב 66.5°. בקטבים, בקו רוחב 90°, השמש אינה שוקעת במשך שישה חודשים בשנה ואינה זורחת במשך ששת החודשים הנותרים.
אם נתייחס למונח "חוג הקוטב" כאל כלל השטח שבין קווי הרוחב 66.5° לקטבים הקרובים אליהם, ניתן גם לתארו ככלל השטח על־פני כדור הארץ שבו יש לפחות יום אחד עם שמש חצות.
