我們都知道，天空中的恆星其實都距離地球相當遙遠。這些恆星並不會在一天之內全部在天空中繞行一周，而是因為地球自轉一周，才會讓天空中所有恆星看起來繞行了一周。所以我們就從地球的自轉開始看起，看天空中的恆星運行的規律是如何形成的。
地球的自轉軸指向天空的方向，我們稱為天北極和天南極（圖1-69A）。由於地球是以自轉軸為軸心旋轉，且從北極上方往下看地球是逆時針旋轉，所以居住在地球上的人看星空時，會覺得天上所有的恆星都同時在繞行天北極逆時針旋轉（圖1-69B）。而恆星繞行天北極旋轉的角速度，就是地球自轉的角速度，大約每24小時旋轉一圈360°，平均每小時旋轉15°左右。
由於所有的恆星看起來都同時在旋轉，我們可以將恆星都繪製在一個以地球為中心的圓球面上，這樣的概念稱為天球（圖1-69C）。由於地球自轉的緣故，天球上的所有恆星就像是一起繞著地球在旋轉（圖1-69D）。
位在地球表面不同緯度的觀測者，會因為站立的角度不同，觀察到不同的恆星運行軌跡。以位在臺灣（約北緯24°）的觀測者為例，我們所站的位置和天頂的方向，與赤道的夾角就是我們的緯度（圖1-69E），而我們所站的地面則是與天頂的方向互相垂直（圖1-69F）。如果我們將觀測者的位置和地面像繪製在天球的模型上（圖1-69F），並將地面的角度旋轉成水平方向（圖1-70A），就會和我們前面所繪製臺灣地區觀測到的恆星運行軌跡相同（圖1-63）。
如果將恆星運行到地面以下的軌跡用其他顏色表示（圖1-70B），就更接近我們先前自己畫的臺灣地區恆星運行軌跡。
透過簡單的幾何計算，我們還可以得知天北極的仰角會和觀測者所在的緯度（北半球）緯度相同（圖1-71）。以觀測者位在北緯24°為例，赤道與觀測者天頂之間的夾角是緯度（角1），赤道到北極的角度為90°，所以觀測者天頂到天北極的角度（角2）就是90°減去角1。而觀測者天頂和地面之間的夾角也是90°，所以地面和天北極之間的夾角（角3）會等於90°減去角2（角2等於90°減去角1）。如此一來，角1會等於角3，也就是觀測者所在的緯度（北半球）會和地面和天北極之間的夾角相同。
比照相同的作法，我們也可以在天球的模型中，畫出位於巴黎（接近北緯49°）的觀測者所看見的恆星運行軌跡（圖1-72），看起來和我們先前所觀察的結果（圖1-68）確實是一致的。
因此，我們可以利用天球的模型，想像出位在地球不同緯度的觀測者，所觀測到各有不同的恆星運行軌跡（圖1-73）。
由此可知，生活在地球上不同地區的人們，不僅看見的星空角度有所不同。如果長時間觀察恆星的運動，還會發現恆星運行的軌跡也有所不同。反過來說，我們也可以透過觀察恆星的運行軌跡，來反推自己目前所在的緯度喔！