คนในสมัยโบราณเชื่อว่า ดวงดาวทั้งหมดบนท้องฟ้าอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางเท่า ๆ กัน โดยดวงดาวเหล่านั้น ถูกตรึงอยู่บนผิวของทรงกลมขนาดใหญ ่เรียกว่า ทรงกลมท้องฟ้า (Celestial sphere) โดยมีโลกอยู่ที่ศูนย์กลางของทรงกลม ทรงกลมท้องฟ้าหมุนรอบโลกจากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตก โดยที่โลกหยุดนิ่งอยู่กับที่ ไม่เคลื่อนไหว
นักปราชญ์ในยุคต่อมาทำการศึกษาดาราศาสตร์กันมากขึ้น จึงพบว่า ดวงดาวบนท้องฟ้าอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางที่แตกต่างกัน กลางวันและกลางคืนเกิดจากการหมุนรอบตัวเองของโลก มิใช่การหมุนของทรงกลมท้องฟ้า ดังที่เคยเชื่อกันในอดีต อย่างไรก็ตามในปัจจุบันนักดาราศาสตร์ยังคงใช้ทรงกลมท้องฟ้า เป็นเครื่องมือในการระบุตำแหน่งทางดาราศาสตร์ ทั้งนี้เป็นเพราะ หากเราจินตนาการให้โลกเป็นศูนย์กลาง โดยมีทรงกลมท้องฟ้าเคลื่อนที่หมุนรอบ จะทำให้ง่ายต่อการระบุพิกัด หรือเปรียบเทียบตำแหน่งของวัตถุบนท้องฟ้า และสังเกตการเคลื่อนที่ของวัตถุเหล่านั้นได้ง่ายขึ้น
 |
ภาพที่ 1 จินตนาการจากอวกาศ หากต่อแกนหมุนของโลกออกไปบนท้องฟ้าทั้งสองด้าน เราจะได้จุดสมมติเรียกว่า ขั้วฟ้าเหนือ (North celestial pole) และ ขั้วฟ้าใต้ (South celestial pole) โดยขั้วฟ้าทั้งสอง จะมีแกนเดียวกันกับแกนการหมุนรอบตัวเองของโลก และขั้วฟ้าเหนือจะชี้ไปประมาณตำแหน่งของดาวเหนือ ทำให้เรามองเห็นว่า ดาวเหนือไม่มีการเคลื่อนที่ |
 |
ภาพที่ 2 จินตนาการจากพื้นโลก
ในความเป็นจริง เราไม่สามารถมองเห็น ทรงกลมท้องฟ้าได้ทั้งหมด เนื่องจากเราอยู่บนพื้นผิวโลก จึงมองเห็นทรงกลมท้องฟ้าได้เพียงครึ่งเดียว และเรียกแนวที่ท้องฟ้าสัมผัสกับพื้นโลกรอบตัวเราว่า เส้นขอบฟ้า (Horizon) ซึ่งเป็นเสมือนเส้นรอบวงบนพื้นราบ ที่มีตัวเราเป็นจุดศูนย์กลาง |
การเคลื่อนที่ของทรงกลมท้องฟ้า เมื่อมองจากพื้นโลกเราจะเห็นทรงกลมท้องฟ้าเคลื่อนที่จากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตก อย่างไรก็ตามเนื่องจากโลกของเราเป็นทรงกลม ดังนั้นมุมมองของการเคลื่อนที่ของทรงกลมท้องฟ้า ย่อมขึ้นอยู่กับตำแหน่งละติจูด (เส้นรุ้ง) ของผู้สังเกตการณ์ เป็นต้นว่า .gif){kind=small} ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่บนเส้นศูนย์สูตร หรือละติจูด 0° ขั้วฟ้าเหนือก็จะอยู่ที่ขอบฟ้าด้านทิศเหนือพอดี (ภาพที่ 3) ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูดสูงขึ้นไป เช่น ละติจูด 13° ขั้วฟ้าเหนือก็จะอยู่สูงจากขอบฟ้า 13° (ภาพที่ 4) ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ขั้วโลกเหนือ หรือละติจูด 90° ขั้วฟ้าเหนือก็จะอยู่สูงจากขอบฟ้า 90° (ภาพที่ 5)เราสามารถสรุปได้ว่า ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูดเท่าใด ขั้วฟ้าเหนือก็จะอยู่สูงจากขอบฟ้าเท่ากับละติจูดนั้น |
|
 |
ภาพที่ 3 ละติจูด 0° N ผู้สังเกตการณ์อยู่ที่เส้นศูนย์สูตร (ละติจูด 0° N) ดาวเหนือจะอยู่บนเส้นขอบฟ้าพอดี ดาวขึ้น – ตก ในแนวในตั้งฉากกับพื้นโลก |
 |
ภาพที่ 4 ละติจูด 13° N ผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ กรุงเทพ ฯ (ละติจูด 13° N ) ดาวเหนือจะอยู่สูงเหนือเส้นขอบฟ้า 13 ° ดาวขึ้น – ตก ในแนวเฉียงไปทางใต้ 13 ° |
 |
ภาพที่ 5 ละติจูด 90° N ผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ขั้วโลกเหนือ (ละติจูด 90° N) ดาวเหนือจะอยู่สูงเหนือเส้นขอบฟ้า 90 ° ดาวเคลื่อนที่ในแนวขนานกับพื้นโลก |