Однією з найважливіших астрономічних завдань, без якої неможливе вирішення всіх інших завдань астрономії, є визначення положення небесного світила на небесній сфері.
Небесна сфера - це уявна сфера довільного радіуса, описана з ока спостерігача, як з центру. На цю сферу ми проектуємо положення всіх небесних світил. Відстані на небесній сфері можна вимірювати тільки в кутових одиницях, в градусах, хвилинах, секундах або радіанах. Наприклад, кутові діаметри Місяця і Сонця рівні приблизно 30 хвилин.
Одним з основних напрямків, щодо якого визначається положення спостережуваного небесного світила, є стрімка лінія. Стрімка лінія в будь-якому місці земної кулі спрямована до центру тяжіння Землі. Кут між прямовисною лінією і площиною земного екватора називається астрономічної широтою.
Мал. 1. Положення в просторі небесної сфери для спостерігача на широті щодо Землі
Площина, перпендикулярна прямовисній лінії, називається горизонтальною площиною.
У кожній точці Землі спостерігач бачить половину сфери, плавно обертається зі сходу на захід разом з ніби прикріпленими до неї зірками. Це видиме обертання небесної сфери пояснюється рівномірним обертанням Землі навколо своєї осі із заходу на схід.
Стрімка лінія перетинає небесну сферу в точці зеніту, Z і в точці надира, Z '.
Мал. 2. Небесна сфера
Велике коло небесної сфери, по якому горизонтальна площина, що проходить через око спостерігача (точка С на рис.2), перетинається з небесною сферою, називається істинним горизонтом. Нагадаємо, що великим колом небесної сфери є коло, що проходить через центр небесної сфери. Кола, утворені перетином небесної сфери з площинами, не проходять через її центр, називаються малими колами.
Лінія, паралельна земної осі і проходить через центр небесної сфери, називається віссю світу. Вона перетинає небесну сферу в північному полюсі світу, P, і в південному полюсі світу P '.
З рис. 1 видно, що вісь світу нахилена до площини істинного горизонту під кутом. Видиме обертання небесної сфери відбувається навколо осі світу зі сходу на захід, в напрямку, протилежному істинному обертання Землі, яка обертається з заходу на схід.
Велике коло небесної сфери, площина якого перпендикулярна осі світу, називається небесним екватором. Небесний екватор ділить небесну сферу на дві частини: північну і південну. Небесний екватор паралельний екватора Землі.
Площина, що проходить через прямовисну лінію і вісь світу, перетинає небесну сферу по лінії небесного меридіана. Небесний меридіан перетинається з істинним горизонтом в точках півночі, N. і півдня, S. А площині цих кіл перетинаються по полуденної лінії. Небесний меридіан є проекцією на небесну сферу земного меридіана, на якому знаходиться спостерігач. Тому на небесній сфері є тільки один меридіан, адже спостерігач не може перебувати на двох меридіанах одночасно!
Небесний екватор перетинається з істинним горизонтом в точках сходу, E. і заходу, W. Лінія EW перпендикулярна полуденної. Точка Q - верхня точка екватора, а Q '- нижня точка екватора.
Великі кола, площини яких проходять через прямовисну лінію, й вертикаль. Вертикалі органів, що проходить через точки W і E, називається першим вертікалом.
Великі кола, площини яких проходять через вісь світу, називаються колами відмінювання або часовими колами.
Малі кола небесної сфери, площини яких паралельні небесному екватору, називаються небесними або добовими паралелями. Добовими вони називаються тому, що по ним відбувається добове рух небесних світил. Екватор також є добової паралеллю.
Мале коло небесної сфери, площина якого паралельна площині горизонту, називається альмукантарати