NGÀY SAO VÀ NGÀY MẶT TRỜI
Bạn hãy thử tự mình xác định thời gian Trái Đất quay một vòng xem nào. Để làm việc này hãy tự tạo một thước ngắm bằng cách đóng 2 cái đinh vào một tấm bảng rồi lắp bảng lên giá đỡ 3 chân.
Bạn hãy hướng thước ngắm cho thật chính xác vào bất cứ một ngôi sao nào rồi để nguyên vị trí đã ngắm, ghi lại giờ quan sát. Bạn sẽ đề yên giá ngắm cho đến tối hôm sau, sau một ngày đêm. Thay cho thước ngắm có thể dùng kính viễn vọng hoặc ống ngắm gắn chặt vào giá đõ, kết quả sẽ càng chính xác hơn. Sau một ngày (ngày ở đây dùng với nghĩa bao hàm cả đêm), Trái Đất quay được một vòng quanh trục, bạn sẽ ngắm lại ngôi sao hôm qua.
"Có gì mà phải xác định nhỉ? - bạn đọc thông thái sẽ nói: - Thước ngắm sẽ lại hướng đúng vào ngôi sao hôm trước sau 24 giờ". Nhưng ở đời thiên văn học thường được thúc đẩy tiến lên bởi những anh chàng chăm quan sát hơn là những anh chàng thông thái. Quan sát ngôi sao hôm trước, người quan sát sẽ nói: "Thì xem nào! Theo đồng hồ của tôi, ngôi sao trở lại vị trí cũ sau 23 giờ 56 phút, tức là gần 24 giờ" Và chỉ có người quan sát tỉ mỉ (không vội kết luận!) sau khi so lại đồng hồ cho chạy đúng, tiến hành quan sát vài lần với các sao khác, mới rút ra kết luận đáng kinh ngạc: Trái Đất quay hết một vòng quanh trục không phải sau 24 giờ như nhiều sách đã viết, mà sau 23 giờ 56 phút! Có thể loan báo cho bất cứ ai về điều này, vì đó là sự thật.
Chúng ta đã làm mọi thứ rất đúng. Chúng ta đã đo thời gian một vòng quay quanh trục của hành tinh chúng ta đối với các thiên thể rất xa xôi là các ngôi sao mà sau một ngày chưa thể nào thay đổi rõ rệt vị trí của chúng trên bầu trời. Còn nếu chúng ta dùng kính ngắm đo vòng quay của Trái Đất so với Mặt Trăng thì sẽ thu được "một ngày" bằng 24 giờ 49 phút.
Sở dĩ như vậy vì khi Trái Đất thực hiện một vòng quay của nó (23 giờ 56 phút) thì Mặt Trăng cũng tiến trên quỹ đạo quanh Trái Đất, cho nên để đuổi theo kịp Mặt Trăng, Trái Đất còn phải quay thêm 53 phút nữa.
Thế thì cái "ngày" dài 23 giờ 56 phút là cái gì? Và đồng hồ thông thường chỉ độ dài 24 giờ là chỉ cái gì? Tại sao lại có sự chênh lệch 4 phút? Ta sẽ gọi ngày đo theo các ngôi sao là ngày sao, cũng như ta có quyền đưa ra khái niệm "ngày Mặt Trăng của Trái Đất" dài 24 giờ 49 phút, tuy rằng hiện nay không có thuật ngữ đó trong khoa học. Còn bây giờ ta hãy chuyển sang quan sát, nhưng lần này là quan sát Mặt Trời.
Ban ngày không thể dùng kính ngắm Mặt Trời được. Cái đinh không mũ, đóng vào tấm gỗ thật thẳng đứng và đặt trên bệ cửa sổ, đối với chúng ta hoàn toàn có thể thay thế các cọc tiêu Mặt Trời - cột tháp nhọn Ai Cập. Trên tấm gỗ ta sẽ kẻ từ thân cọc tiêu (là cái đinh) đường mũi tên và vào lúc 12 hoặc 13 giờ theo đồng hồ của mình, ta xoay nó sao cho mũi tên nằm trùng với bóng cọc tiêu. Những quan sát bóng cọc tiêu trong vòng một ngày cho thấy: khoảng thời gian giữa hai lần giữa trưa là 24 giờ.
Chúng ta đã tiến hành những quan sát đơn giản không chính xác lắm nhưng cũng giúp ta thấy rõ rằng thời gian trọn một vòng quay của Trái Đất trong không gian chính là ngày sao, còn ngày Mặt Trời là thời gian trọn một vòng quay của Trái Đất so với tâm Mặt Trời.
Ngày Mặt Trời cũng tương tự ngày "Mặt Trăng" của Trái Đất. Do chuyển động quanh Trái Đất, mỗi ngày Mặt Trăng dịch chuyển trên nền sao được 130, vậy là Trái Đất phải quay thêm 53 phút nữa để được trọn vòng so với Mặt Trăng. Do chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời, đối với người quan sát trên Trái Đất, Mặt Trời cũng xê dịch trên nền sao được 10 trong một ngày. Tốc độ quay của Trái Đất là 4 phút được 10. Vì vậy muốn có vòng quay so với Mặt Trời
phải cộng thêm 4 phút nữa vào vòng quay theo sau. Sau một ngày vòng quay Trái Đất theo sao và theo Mặt Trời lệch nhau 4 phút sau một tháng: lệch 120 phút và sau 1 năm lệch 24 giờ. Như vậy trong một năm số ngày sao nhiều hơn 1 ngày so với số ngày Mặt Trời. Và trong năm chỉ có một lần vào thời điểm thu phân, thời gian sao trùng với thời gian Mặt Trời.
Con người sống theo ngày và đêm, tức là theo thời gian (ngày) Mặt Trời. Nhưng ở bất cứ đài thiên văn nào cũng có đồng hồ chạy theo thời gian sao: mỗi ngày vượt lên 4 phút. Chúng cần cho việc tổ chức quan sát. Ở rìa bản đồ sao thường ghi các con số giờ và phút. Đó là kinh vĩ của các sao. Xích kinh của sao Sirius là 6 giờ 44 phút. Điều đó có nghĩa là vào đúng thời điểm ấy theo giờ sao vào bất cứ ngày nào của năm, sao Sirius ở đúng hướng nam, cắt trung tuyến trời ở trung thiên trên. Nhìn đồng hồ sao và bản đồ, có thể dễ dàng hình dung lúc đó quan sát những ngôi sao nào thì thuận tiện.
Nửa đêm ngày Thu phân đồng hồ sao chỉ 0 giờ đến ngày đông chí, lúc nửa đêm đồng hồ sao chỉ 6 giờ, tới nửa đêm ngày Xuân phân năm sau đồng hồ sao Chỉ 12 giờ.
Người thợ đồng hồ có thể điều chỉnh đồng hồ báo thức cơ khí của bạn bắt nó mỗi ngày nhanh 4 phút, tức là chạy theo giờ sao. Còn trong các lịch biểu thiên văn hàng năm có bảng "Thời gian sao vào nửa đêm trung bình", giúp ta chỉnh kim đồng hồ sao.
Các nhà thiên văn so đồng hồ sao với các sao. Việc đó được thực hiện nhờ kính ngắm kinh tuyến (hay kính ngắm trung thiên). Đó là một kính thiên văn được gắn một cách đặc biệt, sao cho ống ngắm chỉ có thể quay quanh một trục nằm ngang.
Trục này được ấn định theo hướng đông tây. Như vậy, kính ngắm sẽ quay từ điểm nam qua thiên đỉnh và thiên cực tới điểm bắc, tức là nó vạch theo đường trung tuyến trời. Sợi dây dọi trong tầm nhìn của ống kính dùng để đánh dấu trung tuyến trời. Người ta chọn sao để quan sát và biết xích kinh của nó theo danh mục. Vào thời điểm ngôi sao đó đi qua trung tuyến trời (ở trung thiên trên) thì thời gian sao của nó bằng xích kinh của nó: S = 
.
