La teoría geocéntrica del astrónomo griego Ptolomeo sostiene que el cielo está compuesto por capas y capas de "esferas celestes", y las estrellas están fijadas en las esferas celestes más externas.
¿El cielo es realmente esférico?¿Por qué las personas se sienten tan parecidas? De hecho, esta es una ilusión, la razón de esta ilusión es porque las estrellas están demasiado lejos, no podemos juzgar qué estrella está cerca, qué estrella está lejos, por lo que nuestro sentido cognitivo de la distancia se pierde, el error de pensar que cada estrella a nuestra distancia es la misma, por lo que vemos el cielo es como una esfera.
Aunque esta sensación de "esfera celeste" es causada por una ilusión, en la observación astronómica, podemos usar el concepto de "esfera celeste" para calibrar la posición de los cuerpos celestes en el cielo. En la observación astronómica, la esfera celeste es una gran esfera hipotética con el observador como el centro y el radio infinito. Dado que esta esfera es infinita, entonces no tenemos que considerar qué estrella está lejos de nosotros y qué estrella está cerca de nosotros, sino que los consideramos como un cuerpo celeste infinito. De esta manera, solo tenemos que dibujar las coordenadas de la cuadrícula en la esfera celeste.
para registrar la posición y el cambio de los cuerpos celestes a través de la longitud y latitud. Cuando los astrónomos observan a través de un telescopio, estos números de coordenadas pueden identificar con precisión los cuerpos celestes.
Con el fin de representar la imagen de la esfera celeste, la gente también ha hecho el instrumento de esfera celeste. El Hunying de la dinastía Han de China y la esfera de Farnese de la antigua Roma occidental son los primeros representantes de la esfera celeste. El celestial se ve más o menos como un globo, y también tiene polos norte y sur y ecuador. Sin embargo, la tierra es real, y la esfera celeste es una esfera imaginaria. Los ríos y montañas en el suelo ya no están pintados en el globo celestial, sino el sol, la luna y las estrellas en el cielo. En comparación con el globo, las coordenadas en el globo celestial son mucho más complicadas. Además del sistema de coordenadas ecuatorial comúnmente utilizado, también hay un sistema de coordenadas eclipticas establecido de acuerdo con el plano orbital del Sol, un sistema de coordenadas galácticas establecido de acuerdo con el disco de la Vía Láctea y un sistema de coordenadas horizontales establecido de acuerdo con el horizonte del lugar de observación, etc. Todos pueden usarse para registrar la posición de varios cuerpos celestes.
El celestial tridimensional está diseñado desde el ángulo de un observador fuera de la esfera celeste, por lo que es justo lo contrario de la orientación que se ve en la Tierra, y no es conveniente usarlo. Más comúnmente se utiliza un mapa de estrellas 2D después de la proyección. Los mapas astronómicos de piedra de la dinastía Song del Sur en Suzhou se dibujaron de esta manera.