Nebeska sfera zamišljena je sfera velikog polumjera u čijem se središtu nalazi opažač.
Na njoj projiciramo položaje nebeskih tijela poput projekcije na stropu kupole, dok zanemarujemo njihove udaljenosti (uzimamo da su sva tijela jednako udaljena od opažača).
Opažač na Zemljinoj površini tijekom vremena može uočiti da se izgled nebeskog svoda neprekidno mijenja zbog Zemljine rotacije oko vlastite osi i Zemljina gibanja oko Sunca.
Bliža tijela poput Sunca, Mjeseca i planeta uz to pokazuju i vidljiva vlastita gibanja.
Radi snalaženja na nebeskoj sferi definirali smo različite koordinatne sustave ovisno o položaju opažača i referentnoj ravnini.
Ravninu u horizontskom koordinatnom sustavu nazivamo obzor (horizont). U odnosu na ravninu obzora možemo definirati nekoliko osobitih točaka, kutova i kružnica.
Strane svijeta jug, zapad, sjever i istok osobite su točke na obzoru, međusobno razmaknute po 90°.
Zenit i nadir polovi su horizontskog koordinatnog sustava.
Zenit je točka koja se nalazi u vertikalnom smjeru na ravninu obzora točno iznad opažača, dok se nadir nalazi nasuprot zenitu, točno ispod opažača i ne vidimo ga.
Položaje točaka unutar horizontskog koordinatnog sustava jednoznačno možemo opisati na dva načina: ili azimutom i visinom, ili azimutom i zenitnom daljinom.
Azimut (A) je kut kojim određujemo udaljenost projekcije neke točke na nebeskom svodu.
U astronomiji najčešće koristimo točku juga, pri čemu kutnu udaljenost mjerimo u smjeru kazaljke na satu od 0° do 360°. Tako je primjerice azimut točke zapada 90°.
Visina (h) je kut kojim određujemo udaljenost neke točke vertikalno od ravnine obzora. Mjerimo ju od -90° (nadir) do 90° (zenit).
U astronomiji često umjesto visine upotrebljavamo zenitnu daljinu.
Zenitna daljina (z) kutna je udaljenost neke točke od zenita i mjerimo ju od 0° (zenit) do 180° nadir. Vezu između visine i zenitne daljine opisujemo sljedećim izrazom:
h = z - 90°
Mjesni meridijan velika je kružnica na nebeskoj sferi koja prolazi kroz točke juga, zenita odnosno nadira i sjevera.
Nebeska tijela prilikom prividnog dnevnog gibanja dolaze u mjesni meridijan, odnosno u položaj kulminacije.
Razlikujemo položaje gornje (hg) i donje (hd) kulminacije.
Gornja kulminacija najveća je visina koju neka točka na nebeskoj sferi postiže tijekom prividnoga dnevnog gibanja.
Donja kulminacija je najniža visina koju ta točka može postići.
Mjerenjem visina gornje i donje kulminacije neke zvijezde možemo primjerice odrediti na kojoj se geografskoj širini nalazimo.
U slučaju da je donja kulminacija nekog tijela na nebeskoj sferi veća od 0°, kažemo da je riječ o cirkumpolarnom tijelu, tj. tijelu koje nikada ne zalazi za obzor na toj geografskoj širini.
Suprotno tomu, ako je iznos gornje kulminacije manji od 0°, onda se radi o anticirkumpolarnom tijelu, tj. tijelu koje nikada ne možemo vidjeti s te geografske širine.
Opažajući prividno gibanje tijela na nebeskom svodu, možemo uočiti kako se ona oko nebeskih polova gibaju po koncentričnim kružnicama.
Oni se nalaze na mjestima gdje Zemljina os rotacije probada nebesku sferu.
Kružnicu na nebeskoj sferi koja je jednako udaljena od oba nebeska pola nazivamo nebeski ekvator, a ravninu koja prolazi kroz nju nazivamo ravnina nebeskog ekvatora.
Ta ravnina ujedno je i referentna ravnina u mjesnom ekvatorskom sustavu. Ovaj koordinatni sustav zakrenut je za kut od 90° - j u odnosu na horizontski koordinatni sustav, što znači da ekvator kulminira upravo na toj visini, dok je visina sjevernog nebeskog pola jednaka geografskoj širini.
Koordinate su u mjesnom ekvatorskom sustavu satni kut (H) i deklinacija (d).
Satni kut je kut kojim određujemo udaljenost projekcije neke točke na nebeski ekvator od meridijana u smjeru kazaljke na satu (od juga preko zapada). Pritom satni kut iskazujemo u satima, od 0h do 24h.
Deklinacija je kut kojim određujemo udaljenost neke točke od nebeskog ekvatora. Mjeri se u stupnjevima od južnoga nebeskog pola (-90°) do sjevernoga nebeskog pola (90°).
Glavni nedostatak prethodno spomenutih koordinatnih sustava je u tome što se koordinate nebeskih tijela na nebeskoj sferi značajno ovise o trenutku opažanja i položaju opažača.
Zbog toga je uveden nebeski ekvatorski koordinatni sustav koji je u osnovi sličan mjesnom ekvatorskom sustavu, s tim da je za ishodište sustava odabrana proljetna točka.
To je osobita točka koja svoj položaj ne mijenja značajno u kraćim vremenskim razdobljima i ujedno je neovisna o položaju opažača.
Proljetna točka nalazi se na presjecištu ravnine nebeskog ekvatora i ravnine ekliptike gdje Sunce u svome prividnom godišnjem gibanju prelazi s južne na sjevernu stranu nebeske sfere. Drugim riječima to je mjesto gdje se Sunce nalazi za proljetnog ekvinocija.
Koordinate u nebeskom ekvatorskom sustavu su rektascenzija () i deklinacija ().
Rektascenzija je kut kojim određujemo udaljenost projekcije neke točke na nebeski ekvator od proljetne točke u smjeru suprotnom od kazaljke na satu (od juga preko istoka). Pritom kut iskazujemo u satima, od 0h do 24h.
Deklinaciju određujemo na isti način kao i u mjesnom ekvatorskom koordinatnom sustavu.
U Sunčevom sustavu svi planeti kruže oko Sunca u istom smjeru i po stazama koje su međusobno relativno malo nagnute. Iz tog razloga, opažajući njihovo gibanje po nebeskoj sferi, možemo uočiti da se prividno gibaju unutar relativno uskog područja oko ekliptike, te se pritom više ili manje udaljavaju od Sunca.
Pogledamo li koliko su planeti u stvarnosti udaljeni od Sunca možemo uočiti da su neki smješteni bliže, a neki dalje u odnosu na Zemlju.
S obzirom na to možemo razlikovati dvije skupine planeta:
Donji planeti oni su planeti čije su staze smještene unutar Zemljine staze kruženja oko Sunca. U ovu skupinu spadaju Merkur i Venera.
Nasuprot njima, u skupini gornjih planeta nalaze se planeti unutar čijih se staza kruženja oko Sunca nalazi Zemljina. Ovoj skupini pripadaju Mars, Jupiter, Saturn, Uran i Neptun.
Planeti u svojem kruženju oko Sunca relativno u odnosu na Zemlju mogu doći u različite karakteristične položaje, koji ovise o tome jesu li iz skupine donjih ili gornjih planeta. Donji planeti mogu doći u položaje gornje i donje konjunkcije, te položaje istočne i zapadne maksimalne elongacije.
Konjunkcija je karakteristični položaj nekog nebeskog tijela (npr. planeta), kada se u prividnom kretanju po nebeskoj sferi nađe najbliže nekom drugom nebeskom tijelu (npr. Suncu) promatrajući s nekog trećeg tijela (npr. Zemlje) ili položaja.
U položaju donje konjunkcije donji se planet nalazi između Zemlje i Sunca, a kada je u položaju gornje konjunkcije, onda je gledano sa Zemlje "iza" Sunca. Zbog prividne blizine Suncu planet u položaju konjunkcije neće biti vidljiv, osim u izuzetno rijetkim slučajevima nazvanim tranziti, kada u položaju donje konjunkcije prividno prelazi preko Sunčeve ploče.
Elongacija je kut između smjerova dvaju tijela (npr. Sunca i planeta), gledano s trećeg (npr. Zemlje). Opažamo li položaj nekog donjeg planeta u odnosu na Sunce gledano sa Zemlje možemo uočiti da se on ponekad nalazi istočno, a ponekad zapadno od Sunca. U tim slučajevima možemo govoriti o istočnoj ili zapadnoj elongaciji. Donji planet bit će vidljiv navečer nakon zalaska Sunca kada se nalazi u istočnoj elongaciji i obratno. Položaj najvećeg odmaka od Sunca nazivamo maksimalna (istočna ili zapadna) elongacija. Iznosi uzastopnih maksimalnih elongacija istog planeta međusobno će se razlikovati zbog eliptičnosti planetskih staza. U slučaju Merkura ona će iznositi oko 28°, dok će se Venera odmaknuti od Sunca do približno 48°.
Karakteristični položaji gornjih planeta su: konjunkcija, opozicija, te istočna i zapadna kvadratura.
Opozicija je položaj nekog tijela (npr. planeta) kada se nalazi na suprotnoj strani nebeske sfere u odnosu na drugo tijelo (npr. Sunce) gledano s trećeg (npr. Zemlje). Planet koji se nađe u položaju opozicije u odnosu na Sunce bit će vidljiv tijekom cijele noći. Pratimo li gibanja planeta po nebeskoj sferi oko položaja opozicije uočiti ćemo da će se gibati po petlji, što je posljedica projekcijske brzine spojnice planeta i Zemlje. Naime, u opoziciji planet se prividno giba retrogradno jer je njegova tangencijalna komponenta brzine kruženja oko Sunca manja od Zemljine, pa ga Zemlja "prestiže" u odnosu na zvjezdanu pozadinu.
Kvadratura je položaj nekog tijela (npr. planeta) u odnosu na drugo tijelo (npr. Sunce) gledano s trećeg (npr. Zemlje) kada kut elongacije iznosi 90°. Pritom razlikujemo položaje istočne (kada je planet istočno od Sunca) i zapadne kvadrature.