我们站在地球上仰望星空,看到天上的星星好像都离我们一样远.星星就好像镶嵌在一个圆形天幕上的宝石.
实际星星和我们的距离有远有近,我们看到的是它们在这个巨大的圆球球面上的投影,这个假想的圆球就称为天球,它的半径是无限大.而地球就悬挂在这个天球中央.
星星在天空中移动的方向并不是杂乱无章的,而且星座的形状并不会改变.星星从东方的地平线爬上来,爬到最高点（中天）,然后往西方沉下去.看起来就像整个天球围绕著地球旋转一样.相信大家都明白,地球并不是宇宙的中心,星体并不会绕著地球转.星体在天空中绕著我们旋转,是因为地球自转而产生的错觉,天球本身是不会移动的.我们身在地球中,并不会感觉自己在转动的,就好像我们乘坐火车时看见窗外的景物向后移动,而并不感觉到自己在移动中.
周日运动
星星在天上每日旋转一圈,这运动称为周日运动.把地球自转轴延伸到天球上的位置,就是天球的北极和南极.把地球的赤道伸延到天球上的位置,就是天球赤道了.
有一颗2等星非常接近天球北极,所以看来似乎永远静止不动,其它的星就好像绕著他旋转.我们称这颗星为北极星.因为北极星看来永远静止不动停留在正北方及不会下山,所以我们像居住在北半球的人便可以利用北极星来辨别方向.可惜的是,天球南极附近没有光星,所以没有「南」极星为南半球居民引路.
北极星相对於地面的高度取决於观测者所在地的纬度,例如在北京,北极星会在正北,离地面40 度；在北极,北极星会在头顶（天顶）；在赤道的地方,北极星刚好躺在水平线上；而在南半球,北极星是永远不会升出地平在线,所以在南半球是永远看不到北极星.
同样道理,有些星永远不会东升.居住在北半球的人永远看不到接近南天极的星,而居住在南半球的人同样也看不到接近北天极的星.
以上三幅模拟图例显示在北半球可以见到的恒星运动,第一幅指向天球北极方向（你会发现其实北极星并不是完全固定不动的) ,第二及第三幅分别指向南方及东方.
天球上的坐标系统
为了准确形容天上星体的位置,天文学家制订了一套坐标系统来标示星体在天球上的位置. 这套坐标系统和地球上惯用的经纬度坐标十分相似.
这套坐标系统把天球分为赤纬及赤经.赤纬的算法是从天球赤道开始至两极止,天球赤道是0度,向北至天球北极是+90 度, 向南至天球南极是 -90 度.赤经的算法较特别,和地球经度（由-180度至+180度）的算法不同, 赤经是在天球赤道自西向东由0小时至24 小时.和时间一样,赤经的每小时可分为60分,每分可再细分为60秒（注：赤经的分秒并不等如角度用的角分角秒） .赤经计算的起点为春分点,春分点是天球赤道和黄道的两个相交点其中一个（另一个是秋分点）.
像转动中的陀螺一样,地球的自转轴在太空中其实并不固定,而是以26000年的周期在转动,这个运动称为岁差,所以,春分点和天球北极的位置亦会非常缓慢地移动.所以,当我们使用天球坐标来标示天体的位置时,应该同时指出是哪一年的坐标,例如公元2000.0年.
