在地球上的观测者看起来，整个天球像是在围绕着我们旋转。这种视运动是地球自转的反映。地球绕地轴由西向东自转。这种运动是人类感官无法直接感觉到的，人们所感觉到的，却是地外的天空，包括全部日月星辰，概无例外地以相反的方向（向西）和相同的周期（1日）运动。这种视运动被叫做天球周日运动。

　　在北半球看起来，天球的周日绕转中心是天北极。紧靠天北极有一颗较明亮的恒星，被称为北极星。

　　天体周日运动行经的路线叫周日圈。天体愈近天极，其周日圈愈小；离极愈远，周日圈愈大。这里要先提请注意：天体的周日圈，就是它所在的那条赤纬圈。

　　地球在自转的同时，还绕太阳公转。地球公转的方向与其自转方向相同，都是向东。这种运动同样是不能被感觉到的。在地球上的观测者看来，倒是像太阳在绕地球运动。当地球在其轨道上由 E1公转到 E2，从地球上看来，太阳在天球上的投影便从 S1移到 S2。一年后，地球公转一周回到E1，太阳则以相同的方向（向东）和周期（1年），在众星间巡天一周。这叫太阳周年运动，其视行路线被叫做黄道。

　　天球周日运动，把摄像机镜头对准天北极，经长时间曝光摄成的照片。恒星都绕转天北极。距极愈近，周日圈愈小。亮星画出的弧线较粗，暗星的弧线较细，但所有弧段的孤度相等。北极星的周日圈最小（距极近）最粗（亮度大）

　　太阳周年运动的图解是十分明显的。但是，这种天象却是无法直接观测到的（在天象馆里能清楚地演示），因为太阳的眩目光辉掩蔽了星空背景。因此，古代天文学家从观测夜半中星的变化，间接地推出太阳的周年运动。我们知道，中星大多位于“天南”，夜半太阳沉入“地北”。夜半中星不断改变，证明太阳在恒星间不断移动。例如，北半球的观测者在每年春分（3月21日）夜半，看到狮子座中天。这时，从地球的另一侧看来，太阳在天球上位于飞马座方向。随着地球轨道位置的改变，夏至（6月22日）、秋分（9月23日）和冬至（12月22日）的夜半中星，分别为天蝎座、飞马座和猎户座；这些日期的太阳，相应地位于猎户座、狮子座和天蝎座方向。

　　这样，夜半中星的变化，反映了太阳在天球上从一个星座到另一个星座的巡天运动。历史上，人们就是根据太阳的周年运动，发现地球绕太阳公转的。

　　如此看来，天空中的太阳同时参与两种相反的运动：一种是由于地球自转，随同整个天球的运动，方向向西，日转一周；另一种是由于地球公转，表现为相对于恒星的运动，方向向东，每年巡天一周。这后一种运动使太阳周日运动的速度比恒星每日延缓约1°，周期延长约4分钟。如果说，昼夜（太阳日）以24小时交替，那么，星空便以23小时56分（恒星日）轮转。于是，造成星空形象的季节变化。