古代ギリシャの天文学者トレメルの“地動説”は、空は“球体”の層からなり、星は最も外側の球体に固定されていると考えていました。
空は本当に球形なのか。なぜみんな同じように感じるのか。実はこれは錯覚ですこの錯覚の原因は星が遠すぎるからですどの星が近くにいるのか遠くにいるのかを判断することができないので距離感が失われそれぞれの星が私たちまで同じ距離だと勘違いして空が球形のように見えます
この“天球”という感覚は錯覚によって引き起こされますが、天文学の観測では、“天球”という概念を使って天体の位置を特定することができます。天文観察における天球は、観测者を中心として远を半径として仮想された巨大なである。この球面は無限に遠いので、どの星が私たちから遠く、どの星が私たちに近いかを気にする必要はなく、それらを無限に遠い天体として統一して見ます。そのため、天球上にグリッド座標を描くだけで済みます。
経度と緯度で天体の位置と変化を記録します。天文学者が望遠鏡で見るとき、これらの座標から天体を正確に見つけることができます。
天球をイメージ表示するために天球仪も作られた。漢王朝の中国の象と古代ローマのファルネーゼ天球は、初期の天球の代表である。天球儀と地球儀は似ており、南極と赤道もあります。地球は現実であり、天球は架空の球です。天球に描かれているのは地上の川や山ではなく、天上の月や星です。地球儀と比べると、天球儀上の座標ははるかに複雑で、一般的な赤道座標系に加えて、太陽の軌道面に基づいた黄道座標系、天の川銀河の円盤に基づいた銀道座標系、観測地の地平線に基づいた地平座標系などがあり、様々な天体の位置を記録するために使用することができます。
3次元の天球は、天球の外からの観測者の角度で設計されているため、地球から見たものとは正反対の向きであり、使いやすくありません。より一般的なのは投影後の2次元星図である。蘇州にある南宋の石刻天文図はこのように描かれている。