天体观测与天球：同一天体的地平坐标会随观测时间改变

天球是描述天体方向的假想球面。天球并不是实际包围地球的固体外壳。天顶表示观察者头顶正上方的天球方向。地平圈把可见天空与地平线以下部分分开。天极是地球自转轴延长线与天球的交点。黄道表示太阳在天球上的周年视运动路径。黄道与天赤道之间存在一定倾斜角度。

天文暮光按太阳位于地平线下的角度划分。月光会增加夜空背景并影响暗弱天体观测。光污染降低从地面观察暗弱目标的能力。天区角距离表示两个方向之间的夹角。角距离很近不表示两颗天体实际距离很近。天体视直径取决于实际大小和观察距离。地月距离改变会使月球视直径略有变化。

星座是人为划分的天球区域及传统图形。同一星座中的恒星可能相距非常遥远。星座图案不一定对应真实紧密恒星群。黄道星座源于太阳周年视路径附近的划分。恒星的周日视运动主要来自地球自转。四季星空差异与地球绕太阳公转有关。拱极星在特定纬度可以整夜不落地平线。