天球是天文学中假想的与地球同球心且半径无限大的球面，所有天体均可视为投影在其表面，用于研究天体位置和运动。根据观测中心不同可分为观测者天球、地心天球和日心天球，其自转轴与地球自转轴重合，形成南北天极和天赤道等基准要素 。
天球通过赤道、黄道等坐标系将天体位置二维化，包含地平、时角、赤道、黄道及银道坐标系。其中太阳周年视运动轨迹形成黄道，黄经每日递增59′，春分时黄经为0° 。
古希腊时期柏拉图、亚里士多德提出地心说模型，托勒密将其标准化为多层天球结构，持续影响古典天文学1200余年 。16世纪第谷通过观测彗星轨迹证明天体运动不受天球限制，1588年提出新宇宙理论终结天球模型 。现代天文学沿用其投影原理并修正岁差导致的天极偏移 。
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