Почему зимой так рано темнеет?

Потому что зимой Солнце поднимается над горизонтом ниже (даже в полдень) и поэтому вечером раньше заваливается за горизонт (а утром -- позже из-за него выходит).

Почему Солнце зимой поднимается ниже?

Потому что Земная ось наклонена к орбите. Зима -- это такое время, когда наше полушарие отворачивается от Солнца, а лето -- когда подворачивается под Солнце. Когда в южном полушарии лето, то в северном -- зима, и наоборот. Когда в данном полушарии зима, то за полярным кругом Солнце вообще не встаёт ("полярная зима"), а когда лето, то не садится ("полярное лето"). Когда дни короткие (рано темнеет, поздно светает, зимой), то ночи длинные, а когда дни длинные (поздно темнеет, рано светает, летом).

Во середине лета в Питере наблюдаются белые ночи, потому что Солнце ночью ныряет под горизонт очень неглубоко.