以无穷大为半径的假想球体。通常以地心为球心，称地心天球；若以太阳为中心，则称为日心天球。每一天天体在天球上都有自已的投影。在测量经度、纬度和时间这样一些与天体线距离无关的问题中，天文学家就以天体在开球上的投影代替天体本身。
天体与观测者之间的距离与观测者随地球在空间移动的距离相比要大得多，因此，我们所看到的天体似乎都离我们一样远，仿佛散布在以观测者为中心的一个圆球的球面上。为了便于对天体位置和运动状况的研究，人们假想了一个以观测者为中心，无限大为半径的圆球叫做天球。实际上我们看到的天体是在这个巨大圆球的球面上的投影位置。在天文学的一些应用中，都用天体投影在天球上的点和点之间的大圆弧来表示它们之间的位置关系。