Để vẽ được một tấm bản đồ chính xác thì những người vẽ bản đồ phải có phương pháp đơn giản và độc đáo để xác định vị trí của tất cả những đối tượng quan trọng trên bản đồ, chẳng hạn như các thành phố, hoặc địa hình núi non sông ngòi. Tương tự vậy, khi lập bản đồ thiên văn, hay gọi ngắn gọn là thiên đồ, thì các nhà thiên văn cần có phương pháp xác định vị trí các vì sao, thiên hà, và mọi thiên thể khác. Trên bản đồ Trái Đất, chúng ta có hệ thống tọa độ ngang dọc phân chia bề mặt trái đất, một điểm trên hệ thống tọa độ ấy có thể dễ dàng xác định bằng kinh độ và vĩ độ của chúng. Các nhà thiên văn cũng tạo ra một hệ tọa độ tương tự như vậy trên bầu trời. Hiểu được hệ tọa độ ấy các bạn sẽ khám phá được chuyển động biểu kiến của các thiên thể trong bầu trời, dù đứng ở đâu trên mặt đất.
Xác định vị trí trên mặt đất
Chúng ta hãy bắt đầu bằng cách tìm vị trí của chúng ta trên bề mặt Trái Đất. Như đã có nói trong bài Sự ra đời của Thiên Văn Học hiện đại, trục Trái Đất xác định vị trí của cực Bắc và cực Nam, và xích đạo. Hai hướng khác nhau cũng được xác định bởi chuyển động của Trái Đất: hướng đông là theo chiều xoay của Trái Đất, hướng Tây là ngược lại. Dù đứng ở đâu trên Mặt Đất thì ta cũng dễ dàng xác định được bốn hướng đông tây nam bắc, dù thực tế Trái Đất của chúng ta tròn chứ không phải phẳng. Ngoại lệ duy nhất là khi bạn đứng chính xác tại Bắc Cực hoặc Nam Cực, khi đó hướng đông và hướng tây rất mơ hồ (vì điểm cực không chuyển động)
Chúng ta có thể dùng các ý tưởng này để lập ra một hệ tọa độ cho hành tinh. Hệ tọa độ ấy là những đường ngang dọc đan xen nhau, giúp ta xác định mình đang ở đâu, hoặc nơi ta muốn đến. Tuy nhiên tọa độ trên mặt cầu thì hơi phức tạp hơn trên mặt phẳng. Bạn phải vạch ra những đường tròn trên mặt cầu ấy, những đường tròn dọc ngang giao nhau cũng tương tự đường thẳng trên mặt phẳng.
Vòng tròn lớn là vòng tròn có tâm nằm chính giữa khối cầu. Xích đạo của Trái Đất là vòng tròn lớn, nằm chính giữa Bắc và Nam cực. Chúng ta cũng có thể tưởng tượng một loạt các vòng tròn lớn giao với cả Nam Cực và Bắc Cực. Mỗi vòng tròn như thế được gọi là kinh tuyến (meridian); tất cả chúng đều vuông góc với xích đạo.
Bất kỳ điểm nào nằm trên mặt đất đều có một kinh tuyến chạy qua (hình dưới). Kinh tuyến cho ta biết vị trí đông-tây của một điểm, hay còn gọi là kinh độ (longitude). Theo quy ước quốc tế thì kinh độ được xác định bằng độ của đường cong song song với xích đạo và nối giữa kinh tuyến của bạn và kinh tuyến chạy qua Greenwich, Anh, gọi là kinh tuyến gốc. Theo quy ước, kinh tuyến gốc là 0O.
Tại sao lại là Greenwitch? Nước nào cũng muốn chọn kinh tuyến chạy qua thủ đô mình là kinh tuyến gốc. Nhưng người ta chọn Greenwich là vì nó nằm giữa châu Âu và châu Mỹ, và vì nó cũng là nơi đã phát triển phần lớn phương pháp đo mực nước biển. Kinh độ được đo từ kinh tuyến gốc về phía đông hoặc về phía tây, từ 0O cho đến 180O. Chẳng hạn, kinh độ của tháp động hồ của Đài Quan Sát Hải Quân Mỹ tại Washington, DC, là 77.066O Tây.
Vĩ độ, tức vị trí từ nam xuống bắc, là độ của đường cong tính từ vị trí của bạn tới xích đạo (Xích đạo có vĩ độ là 0). Chẳng hạn, vĩ độ của đài quan sát vừa nói trên là 38.921O Bắc. Vĩ độ của Nam Cực là 90O Nam, của Bắc Cực là 90O Bắc.
Xác định vị trí trên bầu trời
Vị trí trên bầu trời cũng được xác định theo cách tương tự. Tuy nhiên, thay vì kinh độ và vĩ độ thì các nhà thiên văn sử dụng một hệ tọa độ gọi là độ lệch (declination) và cao độ (right ascension). Để biểu thị vị trí của một thiên thể, ta cần hình dung hình ảnh thiên cầu, có thiên cực bắc và thiên cực nam là phản chiếu của bắc cực và nam cực của Trái Đất, còn xích đạo của thiên cầu thì trùng với xích đạo của Trái Đất.
Độ lệch trên thiên cầu được đo tương tự như vĩ độ trên Trái Đất, tức là tính từ xích đạo về hướng bắc (dương) hoặc hướng nam (âm). Sao Bắc Cực, ngôi sao nằm sát thiên cực bắc, có độ lệch gần +90O.
Độ cao (RA) tương tự với kinh độ, nhưng thay vì chọn kinh độ gốc là Greenwich thì người ta chọn điểm bắt đầu là xuân phân (vernal equinox), là giao điểm giữa đường hoàng đạo và thiên xích đạo. Đơn vị đo RA là độ, hoặc dùng đơn vị thời gian. Vì Trái Đất xoay tròn nên ta có cảm giác thiên cầu xoay quanh Trái Đất. Vậy thì, mỗi ngày nó sẽ xoay 360 độ, tương đương 24 giờ, mỗi giờ tương ứng 15 độ. Chẳng hạn, thiên độ của sao Capella là RA 5h = 75O và độ lệch +50O.
Để hình dung các đường tròn trên bầu trời thì bạn hãy tượng tượng nó là một khối cầu bao quanh Trái Đất, và có hệ tọa độ cũng giống với Trái Đất vậy.
