موقعیت هر ستاره در آسمان به همان روشی معلوم می‌شود که موقعیت یک نقطه در روی زمین با آن مشخص می‌گردد. در روی زمین به هر نقطه یک طول و عرض جغرافیایی نسبت می‌دهیم و به همین ترتیب به ستارگان در آسمان نیز یک جفت عدد، که برای هر ستاره عددی است منحصر به فردـ نسبت می‌دهیم. که بُعد و ارتفاع ستاره نام دارد. این نشانی‌ها با گذشت زمان، به کندی بسیار تغییر می‌کنند از این رو، اگر بخواهیم دقیق باشیم، باید تاریخی را که ستاره دارای بعد و ارتفاع خاصی بوده است، مشخص کنیم. این تاریخ را دوره می‌نامند.
تغییرات اندک این ارقام در نتیجه‌ی پدیده‌ای است به نام "تقدیم اعتدالین" که خود از حرکت تقدیمی محور زمین حاصل می‌شود. بر اثر این پدیده، نقطه‌ی اعتدال بهاری، نقطه‌ای که بُعد از آن اندازه گرفته می‌شود، پیوسته به سمت مغرب تغییر مکان می‌دهد. بُعد و ارتفاع ستارگان و اجرام آسمانی دیگر در جداول و تقویم‌های نجومی گوناگون فهرست شده‌اند.
1- مدارهای عرض جغرافیایی
استوا خطی است فرضی
که کره‌ی زمین را به دو نیم‌کره‌ی شمالی و جنوبی تقسیم می‌کند. هر نیم‌کره با رسم
دوایری فرضی که موازی استوا هستند و مدارهای عرض جغرافیایی نام دارند تقسیم می‌شود.
هر یک از این مدارها با ارقامی مشخص می‌شوند که در نیم‌کره‌ی شمالی از صفر در
استوا شروع می‌شود و به 90 درجه‌ی شمالی در قطب شمال پایان می‌پذیرد و همین طور در
نیم‌کره‌ی جنوبی که از صفر در استوا شروع می‌شود و تا 90 درجه‌ی جنوبی در قطب جنوب
ادامه دارد. گاهی
اوقات به جای واژه‌ی شمالی از حرف N و
به جای واژه‌ی جنوبی از حرف S استفاده
می‌شود. مدارهای عرض جغرافیایی برای بیان فاصله‌ی زاویه‌ای هر نقطه از استوا بر
حسب درجه، به کار می‌رود. این فاصله را عرض جغرافیایی آن نقطه می‌خوانند. عرض
جغرافیایی تا نزدیک‌ترین درجه بیان می‌شود. وقتی دقت بیش‌تر مورد نظر باشد این
زوایا را بر حسب درجه، دقیقه و ثانیه‌ی قوس بیان می‌کنند.
2- نصف النهارها
برای به دست آوردن طول جغرافیایی یک نقطه، از مدارهای نصف‌النهار استفاده می‌کنیم. نصف النهارها همگی از قطب شمال و جنوب گذشته و برابر می‌باشند. و چون هیچ برتری نسبت به یکدیگر ندارند برای استفاده از آنها باید یکی را به عنوان نصف النهار مبدأ برگزید و بقیه را بر مبنای آن نام‌گذاری کرد. در سال 1884، در یک توافق بین‌المللی تصمیم گرفته شد که نصف النهاری که از گرینویچ می‌گذرد، نصف النهار مبدأ (نصف النهار صفر) به شمار آید. و با انتخاب نصف‌النهار مبدأ بقیه‌ی نصف النهارها بر اساس محل‌شان نسبت به نصف النهار مبدأ به نصف النهار شرقی و غربی تقسیم شدند. در زیر می‌توانید با جا به جا کردن نقطه‌ی سیاه بر روی کره‌ی زمین طول و عرض جغرافیایی مناطق مختلف را ببینید. Longitude یعنی طول جغرافیایی و Latitude یعنی عرض جغرافیایی .
3- کره آسمان
کره‌ای است فرضی هم محور و هم مرکز با کره‌ی زمین. از دید ناظر زمینی تمام اجرام سماوی بر روی این کره قرار دارند. به دلیل اینکه کره‌ای فرضی می‌باشد لذا نمی‌توان برای آن شعاعی در نظر گرفت. محل تقاطع محور کره‌ی آسمان با شمال کره‌ی سماوی را قطب شمال سماوی و در جنوب، قطب جنوب سماوی می‌نامند. خط فرضی که کره‌ی آسمان را به دو نیم‌کره‌ی شمالی و جنوبی تقسیم می‌کند، معدل النهار نام دارد. معدل النهار و استوای زمین هر دو بر یک صفحه قرار دارند. ولی شعاع معدل النهار بسیار بزرگ‌تر از استوا می‌باشد.
4- مدارهای میل
مشابه مدارهای عرض جغرافیایی بر روی کره‌ی زمین می‌باشد و موازی معدل النهار در شمال و جنوب آن به صورت فرضی رسم شده و دو نیم‌کره‌ی شمالی و جنوبی را به تقسیم‌های فرعی دیگری قسمت می‌کند. از این مدارها برای بیان فاصله‌ی زاویه‌ای میان یک شی در آسمان و معدل النهار استفاده می‌شود، و این فاصله بر حسب درجه‌ی زاویه، ارتفاع (میل) آن شی نامیده می‌شود. و طریقه‌ی نام‌گذاری آن مانند عرض جغرافیایی کره‌ی زمین می‌باشد.
5- دایره های ساعتی
نصف النهارهای طول جغرافیایی زمین نیز همتای خود را بر کره‌ی بزرگ‌تر دارند که دوایر ساعتی نامیده می‌شوند. این دوایر از قطب‌های شمال و جنوب سماوی می‌گذرند. آنها همگی از حیث اندازه و اهمیت یکسانند. بنابر توافقی بین‌المللی یکی از این دوایر به عنوان دایره‌ی ساعتی مبدأ برگزیده شده است. دایره‌ی ساعتی که بدین طریق مشخص شده، دایره‌ای است که از نقطه‌ی اول حَمَل (گرینویچ آسمان) می‌گذرد. نقطه‌ی اول حمل، نقطه‌ای است بر معدل النهار که با علامت γ نموده می‌شود. و برابر است با اول فروردین. خورشید در حرکت ظاهری خود در آسمان هنگامی که از نیم‌کره‌ی سماوی جنوبی به نیم‌کره‌ی سماوی شمالی می‌رود، در این نقطه استوا را قطع می‌کند. وقتی خورشید در این نقطه است طول شب و روز در همه‌ی نقاط زمین برابرند. به دایره‌ی ساعتی مبدأ نام دایره‌ی ساعتی اعتدال داده‌اند. در زیر می‌توانید با جا به جا کردن محل ستاره تغییر بُعد و ارتفاع آن را ببینید. Altitude یعنی ارتفاع و azimuth یعنی بُعد ستاره.
6- بیان ریاضی طول و عرض جغرافیایی و بُعد و ارتفاع
اگر محور zها محور زمین باشد، و محور xها از گرینویچ بگذرد، آن گاه φ را طول جغرافیایی می‌نامند. با یک تفاوت کوچک که دامنه‌ی φ در ریاضی از 0 تا 360 درجه است اما در جغرافیا برای زوایای بیش‌تر از 180 درجه از سوی مخالف می‌رویم و به آن غربی می‌گوییم. برای مثال به جای زاویه‌ی 270 درجه می‌گوئیم 90 درجه‌ی غربی. اما زاویه‌ی متمم θ را عرض جرافیایی می‌نامیم. و اگر منفی شود یا همان منفی را به کار می‌بریم و یا جنوبی می‌نامیمش. برای مثال زاویه‌ی θ برابر 120 درجه است. که متمم آن می‌شود 30- درجه (θ-90=λ). پس عرض جغرافیایی مورد نظر ما 30 درجه‌ی جنوبی یا 30- درجه است. اما برای کره‌ی آسمان، محور xها از نوروز (نقطه‌ی اول حمل) می‌گذرد. و به زاویه‌ی φ بُعد می‌گوییم. اما از صفر تا 24 عدد می‌دهیم. (معادل 24 ساعت) و به جای عرض جغرافیایی، ارتفاع می‌گوییم، یعنی به متمم زاویه‌ی θ. در این نام‌گذاری انقلاب سیفی (اول تیر) بُعد 6 دارد، مهرگان بُعد 12 و شب یلدا بُعد 18 و نوروز بُعد 24 یا صفر دارد.
7- به دست آوردن عرض جغرافیایی محل زندگی تان
می‌توان عرض جغرافیایی محل مورد نظرتان را با این روش به آسانی پیدا کنید. برای این کار نیاز به استفاده از شاخصی دارید. طول سایه‌ی شاخص را در اول فروردین یا اول مهر ماه اندازه بگیرید. توجه داشته باشید که سایه‌ی شاخص را باید در یک سطحی صاف و افقی اندازه‌گیری کنید. مثلثی مانند تصویر زیر بکشید. دقت کنید که هر میلیمتر آن برابر یک سانتی‌متر از طول سایه یا طول شاخص می‌باشد. زاویه‌ی بالای مثلث را اندازه بگیرد. این زاویه، عرض جغرافیایی محل مورد نظرتان می‌باشد. در اول فروردین و اول مهر، خورشید مستقیماً بالای استوا قرار دارد. برای مثال عرض جعرافیایی برای شکل زیر ۵۰ درجه می‌باشد.
8- ساخت دستگاه ارتفاع سنج
ارتفاع ستارگان نیز مانند خورشید تغییر می‌کند و امتدادشان نیز در شب‌های مختلف سال تغییر می‌کند. با یک وسیله‌ی خیلی ساده می‌توان نحوه‌ی حرکت آنها را در آسمان مشاهده کرد. برای ساخت ارتفاع سنج به این وسایل نیاز داریم :
1. نقاله‌ی دایره‌ای به قطر 10 سانتی‌متر
2. نقاله‌ی نیم‌دایره‌ای به قطر 10 سانتی‌متر
3. یک قطعه چوب به ابعاد 6/12*2*2 سانتی‌متر
4. قطعه‌ی دیگری از چوب به ابعاد 2/1*15*15 سانتی‌متر
5. مقوای ضخیم
6. 4 عدد پیچ 6 میلیمتری
7. دو عدد سنجاق
8. ریسمان پنبه‌ای محکم
9. وزنه‌ی کوچک
10.کاغذ میلیمتری
11.نوار چسب
در ابتدا یک لوله به طول 10 سانتی‌متر از مقوای ضخیم درست کنید. مقوا را دور یک مداد خم کنید و دو طرف آن را نوار چسب بچسبانید، یک لوله درست می‌شود. با مته یک سوراخ کوچک در مرکز نقاله‌ی نیم‌دایره‌ای تعبیه کنید، به طوری که سنجاق ترسیم در آن محکم قرار گیرد. مطابق تصویر زیر در امتداد خط مستقیم نقاله را به مقوا بچسبانید.
نقاله را با کمک سنجاق ترسیم به بالای چوب نصب کنید، به طوری که به راحتی بتواند حول سنجاق دوران کند. یک عقربه روی چوب درست زیر درجه‌ی صفر نقاله وقتی لوله کاملاً افقی قرار گرفته است، رسم کنید. یک عقربه به طول 5/4 سانتی‌متر از مقوا درست کنید و به پایه‌ی چوبی بچسبانید. یک شاقول با نخ پنبه‌ای و وزنه‌ی کوچکی درست کنید و آن را توسط سنجاق معمولی به طرف دیگر چوب بیاویزید. به تصویر زیر توجه کنید.
پنچ سوراخ در نقاله‌ی دایره‌ای با مته تعبیه کنید. سوراخ مرکزی به اندازه‌ای باشد که سنجاق ترسیم در آن جا بگیرد. در چهار سوراخ دیگر باید پیچ‌های 6 میلیمتری نصب شود. مطابق تصویر زیر.
پایه‌ی چوبی را به مرکز نقاله‌ی دایره‌ای شکل با سنجاق ترسیم محکم کنید. به طوری که چوب بتواند حرکت کند. البته خیلی روان نباشد. نقاله‌ی دایره‌ای را به تکه‌ی دیگر چوب پیچ کنید. از واشر مقوایی استفاده کنید. به طوری که نقاله با پایه‌ی چوبی فاصله داشته باشد تا سنجاق ترسیم گیر نکند. با توجه به تصویر زیر.
چوب باید قائم باشد. یعنی شاقول باید مطابق شکل زیر درست از وسط آن آویزان باشد. این دستگاه را ارتفاع سنج می‌نامند. و با آن می‌توان ارتفاع ستاره را از سطح افق و سمت آن (بُعد)، یعنی زاویه‌ای که با امتداد شمال و جنوب می‌سازد، تعیین کرد. دستگاه را روی یک سطح افقی قرار دهید، به طوری که صفر نقاله دایره‌ای به طرف شمال و رقم 180 آن به طرف جنوب قرار گیرد. برای پیدا کردن ارتفاع و بُعد یک ستاره باید به این ترتیب عمل کنید. پایه‌ی دستگاه را ثابت بگیرید و چوب را بگردانید و نقاله را بالا و پایین ببرید تا بتوانید ستاره را از داخل لوله ببنید. ارتفاع را از روی نیم‌دایره‌ای و بُعد (سمت) را از روی نقاله‌ی دایره‌ای اندازه بگیرید.
