Der Zenitwinkel ist der Winkel zwischen einem interessierenden Punkt und dem Zenit – dem Punkt direkt über dem Kopf. In einem dreidimensionalen Koordinatensystem ist der Zenit die Achse senkrecht zur horizontalen Ebene. Der Zenitwinkel wird von einem lokalen Zenit aus gemessen, was bedeutet, dass er sich je nach Standort der Person oder des Geräts ändert, die die Messung durchführt. Der Sonnenzenitwinkel, der Winkel zwischen dem Zenit und der Sonne, ist nützlich, um zu bestimmen, ob die Sonne auf- oder untergeht, und um Sonneneffekte auf die Funkkommunikation vorherzusagen.
Mathematisch entspricht der Zenit der z-Achse auf einem Satz von Kugelkoordinaten. Dieses dreidimensionale Koordinatensystem beschreibt Positionen auf einer Kugel. Die horizontal senkrecht aufeinander stehenden x- und y-Achsen bilden eine ebene Ebene. Die dritte Achse oder z-Achse steht in der dritten Dimension vertikal senkrecht zu dieser flachen Ebene. Würde die Erde auf Kugelkoordinaten mit dem Erdmittelpunkt als Ursprungspunkt aufgetragen, würde die z-Achse vom Nord- zum Südpol durch den Erdmittelpunkt verlaufen.
Wenn der Zenitwinkel gemessen wird, wird der Ursprungspunkt basierend auf dem Ort definiert, an dem die Messung stattfindet. Zum Beispiel erzeugt eine auf dem Boden stehende Person eine vertikale Achse, die vom Erdmittelpunkt durch den Kopf nach oben in den Himmel verläuft. Diese Linie ist der lokale Zenit. Wenn diese Person die Sonne beobachten und den Winkel zwischen ihrer Position am Himmel und dem lokalen Zenit messen würde, hätte sie den Sonnenzenitwinkel gefunden.
Diese Messung kann bei der Positionsbestimmung hilfreich sein, da sie von jedem Himmelsobjekt aus gemessen werden kann. Satelliten und Sterne sowie die Sonne können mit dem Zenitwinkel geortet werden. Der Winkel zwischen dem lokalen Zenit und einem Punkt wie einem Satelliten wird manchmal als Betrachtungszenitwinkel bezeichnet.
Je kleiner der Sonnenzenitwinkel, desto höher steht die Sonne am Himmel. Wenn die Sonne aufgeht, nimmt der Winkel bis zum Mittag allmählich ab. Der Sonnenstand kann sowohl für die Navigation als auch für die Funkkommunikation wichtig sein, wo er verwendet wird, um das Ausmaß der Störungen durch Sonneneruptionen vorherzusagen. Wenn der Winkel niedrig ist und die Sonne hoch am Himmel steht, ist es wahrscheinlicher, dass Funksignale aufgrund von Sonneneruptionen abgeschwächt werden oder verloren gehen.