Starożytni wierzyli, że Słońce obiega Ziemię, a gdy jego droga przebiega pod horyzontem, następuje noc. W grobowcach egipskich znaleziono malowidła przedstawiające Słońce podróżujące po niebie rydwanem, Dziś wiemy, że to Ziemia obiega Słońce, jednocześnie obracając się wokół swojej osi raz na 24 godziny; na strome oświetlonej przez Słońce panuje dzień, a na stronie ciemnej - noc.
Dlaczego zatem długość dnia i nocy nie jest stałą? Zauważamy przecież, że razem z porami roku dobowa liczba godzin jasnych i ciemnych zmienia się. Pory roku są następstwem nachylenia osi obrotu Ziemi do płaszczyzny jej orbity. Gdyby o była prostopadła, w ogóle nie mielibyśmy pór roku. Oś Ziemi nachylona jest jednak do orbity pod kątem około 66,5°.
Lato na północnej półkuli Ziemi panuje wtedy, gdy biegun północny jest pochylony w kierunku Słońca. W południe około 20 marca Słońce najlepiej oświetla równik; na równiku widoczne jest dokładnie "nad głową", świeci w zenicie. Potem codziennie w południe przechodzi przez zenit w coraz większej pomocnej szerokości geograficznej, aż 21 czerwca Słońce w zenicie zobaczyć można na zwrotniku Raka. Jest to przesilenie letnie na półkuli północnej - dzień jest najdłuższy, a noc trwa najkrócej. Za kołem podbiegunowym bywają takie dni, kiedy Słońce w ogóle nie zachodzi. Bywają też kraje, w których Słońce zachodzi tak nisko pod horyzont, że występują tam białe noce. Po 21 czerwca stopniowo Słońce powraca ku równikowi, aż około 23 września ponownie świeci nad nim w zenicie.
Gdy na półkuli północnej mamy lato, biegun południowy odwrócony jest od Słońca i na półkuli południowej mamy zimę. Pory roku są na południu dokładnie przeciwne niż na północy. We wrześniu u nas zaczyna się jesień, a na półkuli południowej - wiosna. 21 grudnia w południe Słońce przechodzi przez zenit nad zwrotnikiem Koziorożca, najdalej na południe. Jest to drugie przesilenie (dla nas zimowe) - pierwszy dzień lata na półkuli południowej.
Około 21 marca i 23 września, gdy Słońce świeci w zenicie na równiku, mamy 12-godzinny dzień i tej samej długości noc na całym świecie. Dni takie nazywają się dniami równonocy (odpowiednio wiosennej i jesiennej).

Powiedzieliśmy już, że obieg Ziemi wokół Słońca trwa rok, ale nie jest to rok składający się dokładnie z 365 dni. Precyzyjny czas, powiedzmy między dwoma kolejnymi przesileniami zimowymi, wynosi 365,24219 dnia. Gdybyśmy co 4 lata nie umieścili w kalendarzu dodatkowego dnia - pory roku szybko przestałyby się pojawiać w tych samych miesiącach, co byłoby bardzo niewygodne. Dla jak najlepszego dopasowania kalendarza do rzeczywistego roku wprowadzono regułę, według której lata podzielne przez 4 są przestępne, chyba że są podzielne przez 100 - wtedy są zwykłe, ale jeśli są podzielne także przez 400 - są znów przestępne. Zatem rok 1900 był rokiem zwykłym, rok 2100 też będzie zwykły, ale rok 2000 będzie przestępny.
Taka rachuba czasu, zwana kalendarzem gregoriańskim, została wprowadzona przez papieża Grzegorza XIII w 1582 roku i zastąpiła kalendarz z czasów Juliusza Cezara.

Wschód Słońca o świcie i zachód o zmierzchu są częścią naszego codziennego doświadczenia i nieomal każdy miał okazje to zobaczyć. A co z gwiazdami? Z powierzchni Ziemi nie możemy widzieć ich w ciągu dnia, bo atmosfera rozprasza tak dużo słonecznego światła, że niebo staje się jasne i niebieskie.
Przyjrzyjmy się jednak dokładniej gwiazdom na nocnym niebie - wkrótce przekonamy się, że one także wschodzą i zachodzą. Gdy zapada ciemność, ukazują się na skutek obrotu Ziemi stale te same, powtarzające się co noc konfiguracje gwiazd. Nad wschodnim horyzontem pojawiają się nowe gwiazdy, akurat wschodzą, a pod horyzont na zachodzie chowają się te, które zachodzą. Część gwiazd, różna w zależności od położenia obserwatora na Ziemi, nie będzie nigdy zachodzić. Zakreślają one pełne okręgi wokół bieguna niebieskiego i dlatego nazywa się je gwiazdami okołobiegunowymi. Czasem są to całe okołobiegunowe gwiazdozbiory.
O tym, że gwiazdy poruszają się po nocnym niebie, można się samemu łatwo przekonać. Nie dostrzeżesz tego jednak, obserwując niebo przez kilka minut. Najlepiej wybierz sobie jakąś jasną, łatwą do odnalezienia oraz zidentyfikowania gwiazdę i zapamiętaj, gdzie się ona znajduje względem np. dachu budynku czy drzewa widzianego z Twojego miejsca obserwacji. Spróbuj to sobie narysować. Potem popatrz na tę gwiazdę za godzinę, za dwie. Po takim czasie zmiana położenia gwiazdy będzie już oczywista. Czy zauważyłeś to na swoim rysunku?

Jak już wiemy, w wybranej chwili widać tylko pół nieba. Na skutek obrotu Ziemi nad horyzontem pojawiają się jednak coraz to nowe gwiazdy tak, że obserwując dłużej możemy zobaczyć więcej niż połowę nieba. Niebo zmienia się nie tylko z godziny na godzinę, ale także można zauważyć, że w różnych porach roku wygląda inaczej. By zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, musimy wrócić do wędrówki Ziemi wokół Słońca.
Wyobraźmy sobie, że jest północ i patrzymy na gwiazdy. Znajdujemy się oczywicie na tej stronie Ziemi, która jest odwrócona od Słońca. Teraz błyskawicznie przenosimy się myślami w czasie o pół roku później. Ziemia wykonała pół obiegu wokół Słońca i jej nocna strona zwrócona jest w przestrzeni dokładnie w przeciwnym kierunku niż poprzednio. O północy możesz teraz obserwować zupełnie inne gwiazdy, bo w różnych porach roku nocna część Ziemi skierowana jest ku różnym częściom gwiezdnego nieba.
Gdybyśmy zatem obserwowali gwiazdy przez wiele miesięcy, zauważylibyśmy, że w określonych momentach nocy pojawiają się różne ich konfiguracje.
Spróbuj wybrać sobie jasną gwiazdę, którą zawsze łatwo odnajdujesz na niebie i zwróć uwagę, gdzie ona leży względem Twojego stałego miejsca obserwacji. W pogodne noce przy każdej okazji staraj się ją obserwować zawsze o tej samej godzinie i sprawdzaj przez kilka tygodni jej położenie.

Gwiazdy, które możesz zauważyć o pólnocy w styczniu, są zupełnie inne od tych, jakie widać o północy w czerwcu. Zmiana nie następuje jednak skokowo; każdej następnej nocy wybrana gwiazda wschodzi około 4 minuty wcześniej niż poprzedniej.
Ziemia nie tylko obraca się. ale także przesuwa się w przestrzeni, dlatego czas, jaki upływa między kolejnymi takimi samymi położeniami gwiazdy na niebie i wynosi tylko 23 godziny 56 minut i 4 sekundy. Taka skrócona doba nazywa się dobą gwiazdową. W obserwatoriach astronomicznych zegary nastawione są na czas gwiazdowy i w stosunku do zwykłych zegarów codziennie spóniają się o 4 minuty. Astronomom wygodnie jest korzystać z czasu gwiazdowego, bo wskazuje on zawsze dokładnie wschód wybranej gwiazdy.
Słońce powraca w to samo miejsce na niebie po nieco dłuższym czasie niż gwiazdy - po 24 godzinach. Można by sądzić, że w ciągu jednego dnia Ziemia obraca się dokładnie o 360°. W rzeczywistości, mim słońce powróci w to samo miejsce na niebie Ziemia obraca się około 361°. Wynika to z tego, że w czasie obrotu Ziemia jednocześnie przesuwa się troszkę na prawie kołowej orbicie wokółsłonecznej i tym samym wykonuje ułamek "dodatkowego" obrotu.

Nawet najbliższe gwiazdy znajdują się znacznie dalej niż Słońce. Księżyc i planety, dlatego ułożone z nich na niebie wzory nie zmieniają się zauważalnie w ciągu roku. Gwiadziste niebo jest jak odległa stała dekoracja otaczająca Ziemię i Układ Słoneczny. Gdybyśmy mogli odlecieć od Ziemi w przestrzeń kosmiczną, dostrzeglibyśmy na ciemnym niebie gwiazdy otaczające nas ze wszystkich stron.
Nim astronomowie odkryli, że gwiazdy są rozproszone w Galaktyce i leżą od nas w rozmaitych odległociach, ludzie starych cywilizacji, np. Grecy, wierzyli, że Ziemia jest środkiem Wszechświata. Wyobrażali sobie, że gwiazdy przymocowane są do ogromnej kuli otaczającej Układ Słoneczny, bo dokładnie tak to wygląda na pierwszy rzut oka. Pojęcie kuli jest bardzo pożyteczne, gdy mówimy o położeniach gwiazd na niebie, a nie o położeniach gwiazd w przestrzeni, dlatego astronomowie do dziś używają pojęcia "sfera niebieska".
Chociaż sfera niebieska otacza Ziemię całkowicie, każdy obserwator ziemski w wybranym momencie widzi zaledwie jej połowę, gdyż resztę zasłania powierzchnia Ziemi. Jedynie astronauci w przestrzeni kosmicznej mogli jednoczenie oglądać gwiazdy nad i pod sobą.
Ziemia obraca się wokół osi przechodzącej przez bieguny geograficzne: północny i południowy. Równik jest istniejącym wyłącznie w naszej wyobraźni okręgiem wokół Ziemi leżącym w połowie drogi między biegunami - wszystkie punkty równika są tak samo odległe od obu biegunów. Obserwatorowi na Ziemi wydaje się, że sfera niebieska obraca się wokół osi przechodzącej przez pomocny i południowy biegun niebieski. Równik niebieski jest przez analogię okręgiem leżącym na sferze niebieskiej dokładnie w połowie drogi między biegunami niebieskimi. Niebieskie bieguny i równik leżą dokładnie nad ich ziemskimi, geograficznymi odpowiednikami.

Położenie każdego miejsca na Ziemi możemy określić, podając jego długość i szerokość geograficzną. Szerokość mierzymy w stopniach na północ i na południe od równika natomiast długość, na ogół także w stopniach, mierzy się na wschód i zachód od umownego południka przechodzącego przez Greenwich w Londynie.
By określić miejsce gwiazdy na niebie, astronomowie używają siatki współrzędnych na sferze niebieskiej, podobnej do współrzędnych geograficznych. Odpowiednikiem szerokości jest deklinacja mierzona w stopniach od równika niebieskiego. Odpowiednikiem długości jest rektascensja. Mierzy się ją od punktu na równiku niebieskim, w którym znajduje się Słońce w momencie wiosennej równonocy (dokładniej - od południka niebieskiego przechodzącego przez ten punkt, tak jak na Ziemi - od południka przechodzącego przez Greenwich). Ruch ciał na niebie odmierza czas i dlatego rektascensję najczęściej podaje się w godzinach, minutach i sekundach. Jednej godzinie odpowiada 15°.

Oś ziemska nie jest prostopadła do płaszczyzny orbity Ziemi, zatem Słońce w ruchu rocznym nie porusza się po równiku niebieskim, ale po okręgu zwanym ekliptyką. Ekliptyka nachylona jest do równika pod kątem 23,5°.