שמי הלילה הם ההשראה לאסטרונומיה. למרות שהאסטרונומיה המודרנית מתבצעת באמצעות טלסקופים גדולים ומצלמות אלקטרוניות, היופי של שמי הלילה הוא הסיבה לכך שמרבית האסטרונומים הפכו מכורים לאסטרונומיה. כל אחד יכול להתבשם מהחוויה הזאת. יש להרחיק מזיהום האור של עיר או ישוב, או לנסוע למדבר. במקום חשוך לא זיהום אורי תוכלו לראות אלפי כוכבים מפוזרים כמו אבני חן על רקע כיפת השמים. ניתן לראות את הקשת החיוורת של שביל החלב. תוכלו להבין את היראה שבני האדם חשים במשך אלפי שנים כשהם מתבוננים בשמי הלילה.
די בעין בלתי מצויידת כדי לראות כמעט 6000 כוכבים באתר חשוך, וכן את כוכבי לכת והערפיליות הבהירות ביותר. קחו עמכם משקפת טובה, ותוכל לראות עוד ערפיליות וצבירי כוכבים רבים. בסיוע טלסקופ קטן, ניתן להבחין בצבירי כוכבים ולראות גלקסיות המרוחקות מאיתנו כמה מיליוני שנות אור. אתם יכולים אפילו לנסות לצלם. בעיתון שלך עשוי להיות טור המתאר את מה שניתן לראות בשמי הלילה. ניתן גם לקבל מידע על מראה השמים באמצעות כתבי עת באסטרונומיה. לא משנה מה אתה יכול לקרוא או ללמוד על אסטרונומיה, אין תחליף לצפיה בשמים!
כדור הארץ מסתובב מזרחה, כך שהשמים מעלינו מסתובבים ממזרח למערב. הכוכבים עולים במזרח ושוקעים במערב. נראה שכל הכוכבים מסתובבים במעגלים קונצנטריים סביב נקודה קבועה בשמים הנמצאת ליד הכוכב הצפון. תנועות הכוכבים לעיתים בלתי נראית במרווחים קצרים מרגע לרגע, אבל במשך כשעה ניתן לראות כוכבים חדשים עולים במזרח בעוד אחרים שוקעים במערב. ארבעה מכוכבי הלכת הם גופים בהירים שאינם משנים את מיקומם בין הכוכבים בין לילה אחד למשנהו, תזוזת חלק מהם ניתנת למעקב בין לילה למשנהו. בתצפית יחידה ניתן לראות לראות אפילו אירועים קצרים באטמוספירה העליונה כמו כוכבים נופלים או ניצוצות חולפים.
למרות שאנו יודעים כי הכוכבים נמצאים במרחקים שונים מאיתנו, נוח לדמיין אותם צמודים אל כיפה שמימית המסתובבת מעלינו. ניתן למצוא את הכיוונים בשמים באמצעות כוכב הצפון, הנמצא בקוטב הצפוני השמימי. הקוטב הצפוני השמימי נמצא ישירות מעל הכיוון המגדיר את הצפון הארצי. בעזרתו ניתן למצוא את הכיוונים העיקריים – צפון, דרום, מזרח ומערב. קו המשווה השמימי הוא היטל של קו המשווה של כדור הארץ אל השמים. הנקודה בשמים הנמצאת היישר מעל ראשכם היא נקודת הזניט. בעזרתה ניתן למדוד בקלות את זוויות בכיפת השמים. הזווית בין נקודת הזניט לבין האופק, היא 90º. כאשר פושטים את היד רוחב האגרוף שלך הוא כ- 10 מעלות. הרוחב של האצבע המורה בזרוע פשוטה קדימה הוא בערך 1º, ורוחב הירח המלא הוא 1/2º.
ניתן לאתר כל גוף בכיפת השמים בסיוע שתי זוויות. זוהי אנלוגיה ישירה למערכת הקואורדינטות של כדור הארץ, שבה כל מקום מוגדר על ידי שתי הזוויות של קו הרוחב וקו האורך. במערכת אחת קואורדינטות באסטרונומיה משתמשים גובה ובכיוון ביחס לצפון. גובה הגוף השמימי הוא מרחקו הזוויתי מעל האופק, הנמדד מ -0º בסמוך לאופק ועד ל- 90 מעלות מעליו. האזימוט של אובייקט הוא המרחק הזוויתי שלו סביב האופק, הנמדד מצפון. בצפון ערכו 0º ערכה גדל לכיוון מזרח, בדרום ערכה – 180º ובמערב 270º.
אסטרונומים לרוב רוצים לאתר כוכבים בשמים בסיוע זוג זוויות שהוגדרו במערכת הקואורדינטות המשוונית. מערכת שכזו מקובלת באיתור מקומות על פני כדור הארץ. הזווית של גוף מעל או מתחת לקו המשווה השמימי נקרא נטיה (declination) – היא נמדדת במעלות, דקות קשת, ושניות קשת. הנטיה החיובית היא צפונה לקו המשווה השמימי, והנטיה 
השלילית מדרום לקו המשווה השמימי. לדוגמה, נניח שקווי הרוחב שלך הוא 28º N. כוכב עם נטייה של 28º+ ימצא מעליך, כוכב עם נטייה של 65º+ ימצא מצפון לזניט, וכוכב עם נטיה של 21º- יהיה מדרום לזניט. לא נראה כוכבים בעלי נטיה של פחות מ- 62º- כי הם אף פעם לא עולים מעל האופק. יש לכוון במדוייק טלסקופים כדי למצוא למצוא כוכבים או גופיים שמיימים שאורם חלש. תיאור מלא של נטיה עשוי להיות "47º15'58, או רק קצת יותר 47.25 מעלות צפונית של קו המשווה השמימי.
הקואורדינטות בין מזרח למערב מסובכות יותר משום שכדור הארץ מסתובב. אסטרונומים משתמשים בקואורדינטה של "עלייה ישרה" Right Ascension – RA – הנמדדת בשעות, דקות ושניות של זמן. נקודת ההתייחסות לעלייה ישרה היא הזמן שבו גוף חוצה את המרידיאן, שהוא קו צפון-דרום העובר מעל לראשו. אפס לעלייה הימנית מוגדר כמצב שבו השמש נמצאת ביום שוויון השנתי האביבי, שהוא 21 מרס בכל שנה. העלייה הימנית עולה לכיוון מזרח, כי זה הכיוון שבו כדור הארץ מסתובב. הטווח הוא 0 עד 24 שעות, ועלייה ימנית מסוימת עשויה להתבטא כמו 6h 47m 56.4s.
עבור אובייקט על קו המשווה השמימי אנו יכולים להתייחס העלייה הימנית לזווית כדלקמן:
• 24 שעות סיבוב מלא של שמי הלילה = 360º
• 12 שעות זמן בין עלייה ומקום כוכב = 180º
• זווית אופיינית 1 שעה בין הכוכבים = 15º
• 4 דקות הזמן שבו כוכב חולף על שני קטרים של ירח = 1º
• דקה אחת הזמן שבו כוכב חולף על 1/2 קוטר ירח = 1/4º
טלסקופ צריך "לעקוב" אחר כוכב; או במילים אחרות, כדי שצביע על עלייה ישרה קבועה, יש להפעיל מנוע שיסובב אותו באותו קצב שבו מסתוב כדור הארץ. התנועה המסלולית של כדור הארץ סביב השמש גורמת לנו לראות את השמש נעה מזרחה בין הכוכבים. מסלול השמש בשמים נקרא קו המילקה – ecliptic. בכל יום השמש נעה עליו כ- 1º (פעמיים הקוטר הזוויתי שלה) מזרחה לאורך קו המילקה. בכל לילה בזמן מסוים, הכוכבים נראים לערך 1º מערבה. במילים אחרות, כוכבים זורחים 4 דקות מוקדם יותר בכל לילה. ב -21 במרץ, השמש נמצאת עלייה ישרה של 0h וכוכבים בעליה ישרה של 12 שעות ביחס לרום הרקיע בחצות. ב -21 בספטמבר, השמש נמצאת בעליה ישרה של 12 שעות וכוכבים בעלייה ישרה של 0h הם מעל לרום הרקיע בחצות. בדרך זו, ניתן לראות קבוצות שונות של כוכבים כאשר כדור הארץ חולף במסלולו סביב השמש.
רוב תרשימי הכוכבים מציגים את קו המשווה השמימי עליו מסומנת העלייה הישרה RA בשעות. קו המילקה הוא המסלול השמש מגדירה את המישור של מסלול כדור הארץ-השמש. מאחר ומערכת השמש נמצאת כמעט במישור אחד, ניתן למצא את כל כוכבי הלכת סמוך לקו המילקה עד כדי סטיה של כמה מעלות. מרקורי, נוגה, מאדים, צדק ושבתאי גלויים לעין. אורנוס ונפטון ניתנים לתצפית בעזרת במשקפת. יש צורך בטלסקופ קטן (וגם אזור חשוך) כדי לראות את פלוטו. קו המשווה השמימי וקו המילקה חולפים בזווית של 23.5 מעלות ביניהם. זוהי הנטיה של ציר כדור הארץ במהלך הקפת השמש. כוכבי הלכת נעים בין קבוצות הכוכבים מדי לילה. מרקורי ונוגה הם פנימיים למסלול כדור הארץ כך שהם יופיעו קרוב לשמש. כוכבי הלכת החיצוניים ניתן למצוא בכל מקום לאורך קו המילקה.
הצופים בקווי הרוחב הצפוניים רואים קבוצה מסוימת של קבוצות כוכבים; כוכבים אחרים נראים רק לצופים בחצי הכדור הדרומי. כאשר אתה מסתכל על השמים תצטרך להשתמש בדמיון שלך! הכוכבים לאורך קו המילקה כוללים את שנים עשר הסימנים של גלגל המזלות. אלה היו תמיד המפורסם ביותר מבין 88 קבוצות הכוכבים בשמים.