La théorie géocentrique de Ptolémée, l'astronome grec antique, soutient que le ciel est composé de couches de « sphères célestes », et les étoiles sont fixées sur les sphères célestes les plus externes.
Le ciel est-il réellement sphérique ? Pourquoi les gens se sentent-ils si semblables ? En fait, c'est une illusion, la raison de cette illusion, parce que les étoiles sont trop lointaines, nous ne pouvons pas juger quelles étoiles sont proches, quelles étoiles sont lointaines, de sorte que notre sens cognitif de la distance est perdu, croyez à tort que chaque étoile à notre distance est la même, de sorte que nous voyons le ciel est comme une sphère.
Bien que le sens de la « sphère céleste » soit causé par une illusion, dans l'observation astronomique, nous pouvons utiliser le concept de « sphère céleste » pour calibrer la position du corps céleste dans le ciel. Dans l'observation astronomique, la sphère céleste est une grande sphère hypothétique centrée sur l'observateur et dont le rayon est l'infini. Puisque cette sphère est infinie, alors nous n'avons pas non plus à nous soucier de quelle étoile est éloignée de nous et quelle étoile est proche de nous, mais nous les considérons uniquement comme des corps célestes infinis. Donc, nous n'avons qu'à tracer les coordonnées de la grille sur la sphère céleste.
Pour enregistrer la position et les changements des corps célestes par longitude et latitude. Lorsque les astronomes observent à travers des télescopes, ils peuvent identifier avec précision les objets célestes en utilisant ces chiffres de coordonnées.
Afin de représenter l'image de la sphère céleste, les gens ont également fabriqué des instruments de sphère céleste. Les Huns de la dynastie Han en Chine et les sphères de Farnese de l'Antiquité romaine occidentale sont tous des représentants des premiers sphères. Le sphéroïde ressemble à un globe, et il y a aussi des pôles Nord et Sud et un équateur. Mais la terre est réelle, et la sphère céleste est une sphère imaginaire. Ce ne sont plus les rivières et les montagnes sur le sol qui sont peintes sur le globe céleste, mais le soleil, la lune et les étoiles dans le ciel. En plus du système de coordonnées équatoriales communément utilisé, il y a le système de coordonnées ecliptiques établi en fonction du plan orbital du Soleil, le système de coordonnées galactiques établi en fonction du disque de la Voie lactée, le système de coordonnées horizontales établi en fonction de l'horizon du terrain d'observation, etc. Ils peuvent être utilisés pour enregistrer la position de divers corps célestes.
L'astrosphère tridimensionnelle est conçue sous l'angle de l'observateur à l'extérieur de la sphère céleste, de sorte que l'orientation est exactement l'opposé de celle vue sur la terre, ce qui n'est pas pratique à utiliser. Plus couramment utilisé est le diagramme d'étoiles 2D après projection. La carte astronomique gravée en pierre de la dynastie Song du Sud à Suzhou est dessinée de cette manière.