三垣二十八宿
恒星的位置並不“恒定”，隻不過因為距離地球非常遙遠，它們的位置變化，幾百年甚至更長的時間都很難察覺出來。於是，古人在探索太陽、月亮和五大行星的運動規律時，順理成章地把“恒定”的星空背景作為坐標參照係。
北鬥與二十八宿蒼龍星座人們要建立這個參照係，必須明確恒星分布的特征。通常是把恒星劃分成若幹個星群，叫做星官，類似現在所說的星座。每個星官的星數不同，少則一顆，多則幾十顆，根據它們組成的形狀，被賦予相似物的名稱，比如，“杵”三星和“臼”四星，與實物極為相像。
有了名稱的星官易於記憶，但中國的星官的數目太多，陳卓總結的1464顆星就分屬於283個星官，仍然不便於辨認，這就需要更高一層次的劃分。《史記·天官書》曾把可見星空分成五大天區，叫五宮。中宮是指北極附近的星空，除中宮以外的天空，以春分那一天黃昏時的觀測為準，按東、西、南、北分為四宮，每宮又派生出七宿，共二十八宿，所有星官包括在中宮和二十八宿中，成為大單位下的小單位。雖然司馬遷以後，星官數、星數都有很大變化，但基本框架已經成形。下麵的表格是以陳卓星表統計的。
四象宮名宿名星官數星數蒼龍東宮角亢氐房心尾箕46186玄武北宮鬥牛女虛危室壁65408白虎西宮奎婁胃昴結觜參54297朱鳥南宮井鬼柳星張翼軫42245當太陽出現時，由於地球表麵大氣的散射作用，它的明亮遮掩住所有的恒星，使人無法判斷其位置。古人注意到，杵和臼月相實質上顯示了月亮和太陽的位置關係。比如，滿月時，太陽與月亮相對，太陽西麵落下的同時，月亮從東麵升起；上弦月時，太陽與月亮相差90°，太陽落下時，月亮應當在頭頂上方。觀測月亮在恒星中的位置，可以倒推太陽的位置，所以，中國古代很重視研究月亮的運行規律。
二十八宿是怎樣形成的？為什麼偏是二十八而不是其他的數目？古印度也有過用28份劃分黃赤道天區的曆史，稱為28個月站。而“宿”字與“月站”具有相同的含義，二十八宿的本義應該是月亮運行中的二十八個宿營地。事實上，月亮的恒星周期為27.32日，假設月亮每天走一宿，不能說不符合推測。然而，中國二十八宿的距度值是不等的，大的達33°，小的隻有1°，這種不等的規定顯然有違於月站的含義。不過，在先秦文獻中可以發現二十八宿等間距分法的痕跡。究竟是什麼導致了二十八宿不等間距的情況，始終是一個謎。
中宮後來又分成三個區，即紫微垣、太微垣和天市垣。垣，就是牆的意思。由於這三個天區都有像圍牆一樣的星官，所以這樣命名。
天區星官司數星數中
宮紫微垣37163太微垣2078天市垣1987將全天星空分配於三垣二十八宿，從《史記·天官書》就開始了，但三垣和二十八宿的劃分不是一次完成的，直到唐代的天文啟蒙讀物《丹元子步天歌》，才第一次較全麵地以三垣二十八宿概括全天可見星空。
星表與星圖
專門記錄恒星位置的書叫星表。中國已知最早的星表保存在《開元占經》裏。《開元占經》是唐代著作，而它收錄的這份星表是戰國時的石申及其門徒所測，共有121顆星。
敦煌卷子紫微垣星圖恒星位置的測量是中國古代天文學家的常規工作。作為衡量其他恒星的標準恒星，各個星官距星的入宿度和去極度，就成了每次測量的重點。作為天文觀測坐標的二十八宿的方位，曆代天文學家更重視對它進行精密測定。李淳風在唐代貞觀年間（627～649）的觀測，發現了二十八宿的距度值與前代不同，但出於某種顧慮，他仍然使用漢代太初曆的數據。100多年後，一行遇到同樣的問題，他沒有懷疑自己的測量結果，果斷地采用了新數據。宋皇佑年間（1049～1054）的觀測，記錄下345個星官距星的人宿度和去極度，是清初西方星表引入以前現存星數最多的星表。宋代姚舜輔為了編纂《紀元曆》，於崇寧年間（1102～1106）進行了一次觀測，這次觀測精度很高，測量誤差隻有0.15°，二十八宿距度被再次更新。元代郭守敬既精於儀器製造又精於天體測量，他的觀測精度較之姚舜輔又提高了一步：二十八宿距度的平均測量誤差小於0.1°。