在記載我國上古時代曆史的《尚書》中有一句話：“期三百有六旬有六日，以閏月定四時成歲”。這說明在上古時一年的長度就定為366天了。後來到《周髀算經》時，又有了新的認識。書中一段記載說：“於是三百六十五日，南極影長，明日反短，以歲終日影反長，故知之，三百六十五者三，三百六十六日者一。故知一歲三百六十五日四分之一，歲終也。
”這是說，用周髀測影法決定1年的長度，在連續4年的觀測中，有3年的年長為365天，而有1年的年長為366天。因此平均起來，年的長度為365又四分之一天。
這個數字在曆法中有著極其重要的地位，我們在以後的介紹中要經常提到它。
“年”的概念的建立使人類在計時方麵躍進了決定性的一步，在“月”的基礎上又出現了更長的計時單位“年”。至此，製曆的基本要素——年、月、日——都已齊備，各種曆法也就是在這種條件下發展起來，日臻精密。
隨著時代的進步，原始的土圭被代之以更精美更科學的天文測量儀器——“圭表”。這種儀器由兩部分組成：一個垂直的銅柱或石柱，叫做“表”；另一個平放的銅尺或石尺，叫做“圭”。把圭尺置於南北方向上，圭尺南端裝上垂直的表，就可以用它借測影法定出一年四季和節氣的發生時刻。秦漢以來，我國曆代都製作過這種圭表。至今保存下來的尚有兩架：一架是明代正統二年（公元1437年）製造的，現存放在南京紫金山天文台；另一架是在江蘇出土的東漢時期的小銅圭表，表和圭以軸相連，用時把表豎起，不用時放平，全長隻有345厘米，攜帶很方便，是一件很珍貴的古代文物。
假想的天球
從現代天文學的角度來看，年、月、日的本質是什麼？對古人已觀測到的天象又如何解釋？
在晴朗的夜晚，當我們仰望那布滿星辰的夜空時，總會感到似乎有一個巨大的半球罩在我們的頭上。而當你較仔細地觀察星空的變化時，你會發現整個星空像繞著一根無形的軸在無聲地轉動著。長期的觀察和實踐使人們產生，一個概念，即以觀測者為球心，以非常長的半徑做個球，那麼觀測者所看到的星空變化等情況就都能得到較好的解釋。這個假想的球就叫做天球。恒星都固定在天球的球麵上，隨天球從東向西轉，這就說明了星辰的東升西落。但是也有的星看起來整夜都不轉動，如北極星，這是因為它正好位於天球的北極點上，天球的旋轉軸正好穿過它。這樣有了天球的概念，就方便多了。其實現在我們知道，這個假想的天球的轉動不過是地球自轉的反映罷了。地球每天繞著地軸由西向東轉動。相對來說，如果觀測者以為自己不動，那就必然看到地球周圍的星辰相反地由東向西轉動，因而也就產生了天球由東向西轉動的概念。根據這個道理，我們容易明白，天球的轉動軸實質上就是地球自轉軸的延伸，而天球的赤道也就是地球赤道麵和天球麵相交的一個大圓。
天球與真太陽日
現在，我們看看對於某個地點的觀測者天球周日旋轉的情況。把通過某地點的垂線向上下兩方無延長，它與天兩點。其中有一點叫做天頂點，另一點叫做天底點。把通過某個地點的地平麵無限延長，與天球相交成一個大圓，這個大圓就叫做真地平。通過的大圓又和真地平相交。這個大圓叫做天子午圈；這個點叫做南點，另一個點叫做北點。天赤道圈和真地平也交於兩點。一點叫做東點，另一點叫做西點。現在我們可以明白，如果點的觀測者認為自己不動，那就意味著天頂點，真地平和東、西、南、北四點都不動。這時，討論天球的旋轉，就意味著天球繞軸由東向西相對於這些不動點、圈做旋轉。假設有一個星正好位於天赤道上，那麼由於天球周日旋轉，它將在東點升出地麵，然後逐漸升高。當它通過天子午圈時高度最大，這在天文學上叫做上中天。上中天後，它逐漸西落，直到西點處沒人地麵。如果另一星不在赤道上，則它周日運動的路徑是小圓。雖然也是東升西落，但它的出升不在東點，而在另一點；降落也不在西點而在另一點。