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  天球可以使用地心為中心,也可以使用地表為中心的體系。前者的作法是假設觀察者位於地球的中心,因此不需要考慮視差的影響。後者的中心是觀測者位於的地球表面,因此地平視差的影響是不能忽略的,特別是月球的位置。

  天球被赤道的投影分為兩個空間,分別為南天球和北天球。同樣的,我們也可以在天球上找到北迴歸線、南迴歸線、天北極和天南極,可以量化天球上各種物體的方向,建構出各種的天球座標系統。  因為地球是自西向東旋轉,所以我們就把天球看成是自東向西旋轉。  太陽在天球上每天移動約1度,一年則移動一週(360度),這稱之為太陽週年視運動,太陽中心在天球上視運動的軌跡則是黃道。

  隨著地球繞著軸心以23小時56分的週期由西向東自轉,天球和所有的天體都以天球極點為中心,以相同的時間由東向西移轉動,這就是週日運動。因此恆星會由東方升起,通過南北向的子午線過中天,然後在西方沒入(除非這顆恆星是拱極星)。第二天晚上,天體在特定的時間會再東昇,但是因為我們的鐘表時間是24小時整,因此會提早4分鐘升起;再過一晚早8分鐘升起,也就是說每天都會提早4分鐘。  這種與鐘錶時間明顯的不一致是因為太陽不是固定在天球上的天體,每天會在天球上的黃道,一個大圓,向東移動約1°(這是太陽的週年運動,一年在天球上360°,或是完整的圓周)。如果以4分鐘的時間對應於角度的1°(360° = 24小時),則需要額外的4分鐘太陽才會回到上回的相對位置,例如中天的子午線,完成完整的一圈運動要24小時(這是忽略季節性變化的平均值,參見均時差。  因此,一般的時鐘顯示的是太陽時,天文學家研究恆星運動使用的是恆星時,等同於太陽時的23小時56分。

  天球也可以引用到天球的物理模型,就是所謂的恆星球,這種天球可以顯示出在給定的時間和地點可以看見的星座。
天球(英語:Celestial sphere),是在天文學和導航上想出的一個與地球同圓心,並有相同的自轉軸,半徑無限大的球。天空中所有的物體都可以當成投影在天球上的物件。地球的赤道和地理極點投射到天球上,就是天球赤道和天極。天球是位置天文學上很實用的工具。