我們站在地球上仰望星空，看到天上的星星好像都離我們一樣遠(yuǎn)。星星就好像鑲嵌在一個圓形的天幕里。實(shí)際上，星星和我們的距離有遠(yuǎn)有近，我們看到的是在個巨大的圓球上的投影，這個巨大的圓球就稱為天球。地球就懸掛在這個天球中央。

星星在天空中移動的方向并不是雜亂無章的，星星從東方的地平線爬上來，爬到最高點(diǎn)（中天），然后往西方沉下去?？雌饋砭拖裾麄€天球圍繞著地球旋轉(zhuǎn)一樣。

為了形容天上星體在天球上的準(zhǔn)確位置，天文學(xué)家制訂了一套座標(biāo)系統(tǒng)。 這套座標(biāo)系統(tǒng)和地球上慣用的經(jīng)緯度座標(biāo)相似。是從天球赤道開始至兩極止，天球赤道是0度，向北至天球北極是+90 度，向南至天球南極是 -90 度。赤經(jīng)的算法較特別，和地球經(jīng)度（由-180度至+180度）的算法不同。

天球赤道和地球赤道位于同一平面上，把地球自轉(zhuǎn)軸延伸到天球上的位置，就是天球的北極和南極。把地球的赤道伸延到天球上的位置，就是天球赤道了。在圖中，我們可以看到赤道與黃道的交接點(diǎn)；春分點(diǎn)。秋分點(diǎn)是太陽由北半天降到北半天的位置（太陽直射北半球轉(zhuǎn)換成直射南半球）。冬至日正午為太陽一年當(dāng)中仰角最低的時刻，也是太陽在天球上最南邊的時刻。

星球所發(fā)出電磁波總量稱為光度，而地球上收到星球的能量稱為亮度。星球的亮度不一樣，它們的光度有可能會一樣。亮度和光度大小成正比、和距離平方成反比。

恒星會繞著北極星為轉(zhuǎn)動中心，平均每小時轉(zhuǎn)15度，其原因是地球自轉(zhuǎn)造成周日運(yùn)動現(xiàn)象。而地球自轉(zhuǎn)造成星座每天看起來會由東向西繞北極星轉(zhuǎn)一周。

恒星視運(yùn)動方向與地球自轉(zhuǎn)方向相反，但是皆以北極星為中心。在赤道，恒星視運(yùn)動軌跡垂直地表升落，一年里頭可以看到全天所有的88個星座。

由于地球自轉(zhuǎn)軸對準(zhǔn)天球北極（也就是北極星所在），所以北極星的仰角等于觀測者所在地的緯度。由于地球自轉(zhuǎn)造成天體看起來繞北極星轉(zhuǎn)動，所以如果某星的周日運(yùn)動都在地平線以上進(jìn)行，它和北極星的張角應(yīng)該在25°以內(nèi)，否則會落到地平線以下。若觀測者所在地為赤道，赤道的緯度為0°，觀測者所見到眾多星星移動軌跡所構(gòu)成的圓面，都會有是90°角度與水平面垂直。所以北極星的仰角為0°，所有天體周日運(yùn)動軌跡會在此垂直于地平面。

星團(tuán)是由數(shù)十萬到數(shù)百萬顆恒星群聚所構(gòu)成，離太陽最近的恒星為半人馬座的毗鄰星，是南半球天空的星球，仙女座星系和地球所在的本銀河系同屬于一群，大約由30個星系所構(gòu)成的本星系群，宇宙越向外的空間越大，星系的數(shù)目越多，看起來也就越不明亮。

月球自轉(zhuǎn)和繞日公轉(zhuǎn)的速度相同，所以月球都以同一面面向地球，但非地球以同一面面向月球，月球的盈虧現(xiàn)象主要是因?yàn)樵虑蚝偷厍虿粫l(fā)光，只能靠反射太陽光來顯示亮面，而當(dāng)日地月三天體相對位置改變時，由地球看月亮或由月表看地球都會出現(xiàn)盈虧現(xiàn)象，而且當(dāng)?shù)厍蚩丛铝脸尸F(xiàn)「眉月」同時，月表上所見之地球則會呈現(xiàn)「凸地」，月「海」其實(shí)是由玄武巖組成的低地、顏色較深，較明亮的部分則是由長石為主要成分的高地。

地球公轉(zhuǎn)的軌道與黃道十二宮的示意圖

地球繞日公轉(zhuǎn)軌道到夏至點(diǎn)，由地球往太陽方向看過去，太陽投影在雙子座。地球上背對太陽的時刻為子夜，面對太陽的時刻為午時，當(dāng)?shù)厍蛭挥诖悍贮c(diǎn)位置時，室女座在當(dāng)天子夜過中天（對地球來說，此時室女座恰好和太陽反方向）。

若太陽由正東方升起時，黃道十二宮中的某一星座正由西方落下，則半年后，此星座將與太陽同時升起。因?yàn)?，除了地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，太陽和星座固定不動；星座升落或季節(jié)改變都是地球運(yùn)動的結(jié)果。

天球中心O與北天極的連結(jié)線(1)為地球自轉(zhuǎn)軸的延長線，地球自轉(zhuǎn)軸的延長線通過天球南北極點(diǎn)。直線(1)垂直的大圓(A)的名稱為天球赤道，天球赤道恒與極軸相互垂直。面對北天極的方向也就是面對北極星的方向?yàn)椤副薄狗剑ń稽c(diǎn)c），(a)為南方、(b)為東方、(d)為西方。

由于地球自轉(zhuǎn)同時也在繞太陽公轉(zhuǎn)，造成同一恒星每天提早約四分鐘升起。相對于距離地球極遠(yuǎn)的恒星來說，當(dāng)X恒星兩次出現(xiàn)在相同的位置時，地球恰巧自轉(zhuǎn)360度；但因?yàn)榈厍蚶@日公轉(zhuǎn)，太陽距離地球相對于恒星X近多了，所以地球如果以太陽為參考點(diǎn)，兩次正午之間地球必須轉(zhuǎn)動361度。

從左圖可知，黃道十二宮與天赤道的四象二十八宿只在春分點(diǎn)及秋分點(diǎn)相合，天赤道和地球赤道位于同一平面上。赤經(jīng)是在天球赤道自西向東由0000小時至2300小時，赤經(jīng)的每小時分為60分，每分可再細(xì)分為60秒（註：赤經(jīng)的分秒并不等如角度用的角分角秒）。赤經(jīng)計(jì)算的起點(diǎn)為春分點(diǎn)，春分點(diǎn)是天球赤道和黃道的兩個相交點(diǎn)其中一個（另一個是秋分點(diǎn)）。

位于地球上的時間劃分，由于地球的傾斜而太陽光橫跨經(jīng)度。而0經(jīng)度只是一個均衡點(diǎn)，所以，必需把西經(jīng)7.5度到東經(jīng)7.5度定為零時區(qū)，由零時區(qū)分別向東與向西每隔15度劃為一時區(qū)，而子時橫跨二個小時，由太陽所照射到的第一位值算起，所以在零時區(qū)的前一個時區(qū)。