Como podemos observar, en las medianoches de enero las estrellas no son las mismas que a la misma hora en julio. Aunque esto no ocurre repentinamente, a diario se van notando pequeños cambios. Todas y cada una de las estrellas salen unos 4 minutos antes que la noche anterior.

A medida que la Tierra gira en el espacio, el tiempo que una estrella necesita para volver exactamente a la misma posición que la noche anterior es de sólo 23 horas 56 minutos y 4 segundos. Este día más corto se llama día sideral o relativo a las estrellas. En un observatorio astronómico los relojes marcan la hora sideral y pierden 4 minutos cada día comparado con los relojes normales. Los astrónomos prefieren usar esta medida de tiempo porque así las estrellas salen siempre en el mismo instante, de acuerdo con este horario.

Para que el Sol vuelva a su misma posición en el cielo es necesario un poco más de tiempo que en el caso de las estrellas: 24 horas completas. Debes darte cuenta que en un día la Tierra da una vuelta exacta de 360º, pero de hecho tiene que girar un poco más, casi 361º, antes de que el Sol vuelva a la misma posición que el día anterior. Ello es debido a que el planeta debe compensar su orientación respecto al Sol, porque mientras tanto se ha desplazado sobre su órbita.

Incluso las estrellas más cercanas están muchísimo más lejos de nosotros que el Sol, la Luna y los demás planetas, por eso las formas en las que éstas parecen reunirse en el cielo no cambian perceptiblemente a medida que la Tierra rodea al Sol o con el paso de los años. El cielo estrellado es como un escenario distante y eterno que nos envuelve. Si pudieras darte un paseo por el espacio exterior, podrías verlas por todas partes, sin ningún obstáculo, sobre el fondo oscuro del cielo.

Con anterioridad a que los astrónomos descubrieran que las estrellas están dispersas por toda la galaxia y todas a distancias diferentes, muchos pueblos antiguos como los griegos, creían que la Tierra era el centro del Universo. Imaginaban que los astros estaban fijados en alguna clase de esfera gigantesca que envolviese el Sistema Solar, porque así es exactamente como parece. De hecho, esta es una idea tan útil, cuando queremos hablar de la posición de las estrellas en nuestro cielo y no de su localización real es el espacio, que los astrónomos todavía usan el concepto de esfera celeste.

Aunque la esfera celeste rodea a la Tierra por completo, ningún observador en su superficie puede abarcar más que la mitad, porque el terreno nos oculta el resto, sólo los astronautas la contemplan en su totalidad.

La Tierra gira alrededor de un eje que pasa por los polos Norte y Sur. El Ecuador es un círculo imaginario que divide el planeta por la zona de su diámetro máximo, entre los polos. La cúpula celeste se nos presenta como si girara también alrededor de ellos. El Ecuador celeste es un círculo que rodea el cielo igualmente perpendicular a los polos. Los polos y el Ecuador celestes son una extensión de los nuestros.

Para saber dónde está localizada una estrella en el cielo, los astrónomos superponen una cuadrícula imaginaria sobre el firmamento, similar a la que forman la longitud y la latitud en la Tierra. El equivalente de la latitud es la declinación, medida en grados desde el Ecuador celeste. El de la longitud es la ascensión recta, medida desde el punto en el que el Sol cruza el Ecuador celeste, durante el equinoccio de marzo. Dada la frecuencia regular con la que el cielo se mueve, la ascensión recta viene medida en horas, minutos y segundos. Una hora equivale a 15º.

Debido a que el eje de la Tierra está inclinado, el trayecto del Sol por el cielo no coincide con el Ecuador celeste. El círculo que sigue en la cúpula está inclinado 23,5º, y se le conoce como eclíptica.