天体位置可以用以地球为中心的极坐标系来描述，就是一个角度加上这个天体与地球间的距离。
测量天体距离有多种方法，人类在月亮上安置了激光反射镜，测量月亮到地球的距离。其他行星和小天体，可以根据天体力学等数据计算。太阳系外，用视差测距法测量距离较近的恒星，稍远的可以根据亮度测量。
茫茫的宇宙空间，繁星点点，星罗棋布，从众多的天体中快速找到所要观测的天体是天文观测者的关键。熟悉星空、认识星区是在众多天体中寻找被观测天体的基础。
1928年，国际天文联合成立大会对历史上沿用的星座进行通盘清理，分全天为88个星座，给天空建立了新的秩序。在地球上，不同的观测者，由于其所在的地理位置不一样，不同纬度和经度的人即使同时看到的星空也不会相同。
宇宙中的天体相对于地球的位置可以用以地球为中心的极坐标系来描述，就是一个角度（天经、天纬多少度，以标记天体在天球上的投影位置）加上这个天体与地球间的距离。角度很容易测得——光在多数情况下直线传播，所以肉眼或者观测仪器朝着什么角度观测到的天体，就在什么方向上。但测量天体距离的难度就相对高一些。
测量天体距离有很多种方法，其中对于太阳系内的天体，现在人类已经在月亮上安置了激光反射镜，可以用一束激光来测量月亮到地球的距离。其他行星和小天体，也可以根据天体力学等数据计算出它们到地球的距离。
而太阳系外，主要是测量恒星到我们的距离。视差测距法，是天文学家手中掌握的最精确的量天尺，但它只能测量距离较近的恒星。太远的恒星，因地球位置变化而导致的视差会影响测量的准度，所以天文学家只能另想办法。
对于本身一样亮的两点烛光，如果看起来一亮一暗，那我们能知道，暗的烛光距离我们一定比亮的烛光更远。同样的道理，对于本身一样亮的两颗恒星来说，暗的恒星离我们要比亮的恒星更远。问题在于，恒星自身的亮度是千差万别的，我们无法知道一颗恒星看起来明亮，是因为它们离我们较近，还是因为它们本身就更明亮。
天文学家可以通过一些观测数据确定一些恒星本身的明亮程度，这样的天体被称为标准烛光，造父变星就是其中的一种。造父变星是变星的一种，它的光变周期与它的光度成正比，因此，可用于测量星际和星系际的距离。天文学家根据我们看到的亮度，能测出它们及其所在星系到我们的距离。哈勃当年就是凭借一些造父变星，测出了仙女座大星云到我们的距离，发现这一距离远远超出了银河系的大小，从而确定银河系之外还存在许多跟银河系一样的星系。
对于距离更远，远到看不清其中恒星的星系，造父变星也无能为力，好在哈勃还有另外一个发现，那就是哈勃定律。哈勃发现，距离我们越远的星系（这是他用造父变星测出来的），它远离我们而去的速度也就越快，而这个速度是很容易测量的——确切地说，就是测量星系的红移。因此，对于更遥远的星系，天文学家通常用红移来替代距离。一般来说，红移越大，距离也就越远。
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