實際上，星星和我們之間的距離或遠或近。我們看到的是它們在這個巨大球體上的投影。這個假想的球體叫做天球，它的半徑是無限的。而地球懸掛在這個天球的中心。
星星在天空中運動的方向並不混亂，星座的形狀也不會改變。星星從東方地平線爬升，爬到最高點(子午線)，然後下沈到西方。看起來好像整個天球都在繞著地球轉。相信大家都知道，地球不是宇宙的中心，恒星也不是繞著地球轉的。星星在天空中圍著我們轉是因為地球自轉造成的錯覺，天球本身是不會動的。我們在地球的時候，感覺不到自己在旋轉，就像我們坐火車的時候，看到窗外的風景在倒退，卻感覺不到自己在動。
周日運動
星星在天空中壹天自轉壹次，這叫做周日運動。將地球自轉軸延伸到天球上的位置，就是天球的北極和南極。把地球赤道延伸到天球上的位置，就是天球赤道。
有壹顆二等星離天球北極很近，所以它好像永遠不動，其他恒星好像都圍著它轉。我們稱這顆星為北極星。因為北極星似乎永遠留在北方，永遠不下山，所以我們和生活在北半球的人壹樣，可以用北極星來辨別方向。可惜天球南極附近沒有光星，所以沒有“南”極星指引南半球的居民。
北極星相對於地面的高度取決於觀測者所在位置的緯度。例如，在北京，北極星將位於正北方向，距離地面40度；在北極，北極星會在頭頂(天頂)；在赤道上，北極星正好位於地平線上；在南半球，北極星永遠不會升到地平線以上，所以在南半球永遠看不到北極星。
同理，有些星星永遠不會升起。生活在北半球的人永遠看不到南天極附近的星星，生活在南半球的人永遠看不到北天極附近的星星。
以上三個模擬圖例展示了北半球可以看到的恒星運動。第壹個指向天球的北極(妳會發現北極星並不是完全固定的)，第二個和第三個分別指向南方和東方。
天球坐標系
為了準確描述恒星在天空中的位置，天文學家開發了壹種坐標系來表示恒星在天球上的位置。這個坐標系和地球上通常的經緯度坐標非常相似。
這個坐標系把天球分為赤緯和赤經。赤緯的算法是從天球赤道到極點。天球赤道為0度，天球北極為+90度，天球南極為-90度。赤經的算法比較特殊，不同於地球經度的算法(從-180度到+180度)。赤經是在天球赤道從西向東0小時到24小時。赤經的小時和時間壹樣，可以分為60分鐘，每壹分鐘又可以細分為60秒(註:赤經的分和秒不等於角度用的角分和秒)。赤經計算的起點是春分，春分是天赤道和黃道的兩個交點之壹(另壹個是分點)。
就像壹個旋轉的陀螺，地球的旋轉軸在空間中不是固定的，而是以26000年為周期旋轉。這種運動叫做歲差，所以春分和天球北極的位置也會移動得很慢。所以我們在用天球坐標表示天體位置時，也要指出是哪壹年的坐標，比如公元2000.0年。