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在晴朗的日子里，当人们抬头仰望，总觉得天似穹庐，日、月、星辰都仿佛位于一个巨大圆球的内壁上。而且，不管人们走到哪里，总觉得自己始终处于这个半球的中心。
实际上，这种圆球并不存在，人们产生这种感觉是因为人的双眼不过相距六七厘米，根本无法区别遥远天体的实际距离，总是以为所有天体都分布在以自己为中心的球面上。
虽然，现在已经知道各个天体并不在同一个球面上，而且与地球上的观测者之间的距离很远，但由于利用球面确定天体相对观测者的位置和运动比用一般的直角坐标系要简单得多，为此，天文学中仍保留这个假想的圆球，并引入天球的概念：以空间任一点为中心，以任意长为半径（或把半径看成数学上的无穷大）的圆球称为天球。必须指出以下几点：
1）天体在天球上的投影，即天球中心和天体的连线与天球相交之点，称为天体在天球上的位置，也叫作天体的视位置。
2）天体在天球上的视位置是天体沿视线方向在天球上的投影，因而天球的半径完全可以自由选取，而不影响研究问题的实质。
3）天球上任意两个天体之间的距离一般都是指它们之间的角距离，即它们对于观测者的张角。在天球上，线距离是没有意义的。
4）一般说来，天体离地球的距离都可以看作是数学上的“无穷大”。因此，在地球上不同地方看同一天体的视线方向可以认为是互相平行的。或者，也可以反过来说，一个天体发射到地球上不同地方的光互相平行。因此，所有平行的方向将在天球交于一点。
5）一般情况下，天球的中心就是观测者的眼睛，但有时为了研究问题的方便，需要把球心移到地球中心或太阳中心。这样的天球则分别称为“地心天球”和“日心天球”，以示与一般天球的区别。
以天球作为辅助工具可以帮助人们建立空间的概念。因此，人们不仅保留了天球的概念，并在此基础上发展了一整套的数学公式，而且还出现了与此有关的天球模型——天球仪，以及表示星空的天象仪。