Miles de años de observación llevaron a las personas a darse cuenta de que las estrellas parecían ascender y caer en el transcurso de una noche en patrones regulares. Dado que algunas estrellas son más brillantes que otras, se utilizaron como puntos de referencia para ubicar otras estrellas en estos patrones o constelaciones aparentes (del latín constellatio o “conjunto de estrellas”). Sirius o Polaris fueron fácilmente identificados y luego utilizados por el espectador para orientarse (literalmente “orientados hacia el este”) y luego identificar otras estrellas y sus constelaciones.
Las observaciones periódicas mostraron que mientras las estrellas trazaban un patrón anual regular contra el cielo en el transcurso de un año, había otras luces en el cielo que tenían movimientos mucho más complejos. Los griegos llamaron a estas αστήρ πλανήτης (astēr planētēs) o “estrellas errantes”, de donde obtenemos la palabra planetas. La observación de los movimientos de los planetas contra el fondo de las estrellas había estado ocurriendo desde al menos la antigua Babilonia.
En el siglo I dC, Claudio Ptolomeo pudo resumir aproximadamente 800 años de astronomía en su Sintaxis Mathēmatikē , más tarde conocida como Almagest , una síntesis de la astronomía de su época que se basa sustancialmente en el trabajo anterior del astrónomo griego Hiparco. Los libros VII y VIII de este trabajo consisten principalmente en un catálogo de 1022 estrellas y sus posiciones relativas, con una indicación numérica del brillo de cada estrella. El astrónomo musulmán al-Zarquali utilizó el catálogo de estrellas de Ptolomeo para producir las Tablas toledanas; originalmente una obra en árabe pero luego traducida al latín por Gerald de Cremona. En 1270, el rey Alfonso X de Castilla encargó a un grupo de eruditos que actualizara y corrigiera las tablas toledanas y produjo las tablas alfonsinas, que se utilizaron para calcular las posiciones de las estrellas y los planetas hasta el siglo XVI.
También se construyeron instrumentos científicos como el astrolabio para permitir que un observador creara rápidamente un mapa planoesférico del cielo nocturno en cualquier momento dado. Al observar una estrella brillante como Sirius usando una mirilla móvil en la parte posterior del instrumento, un usuario podría colocar el puntero de Sirius en el mapa estelar en el frente y así leer las posiciones de todas las otras estrellas principales hacia abajo hasta el último minuto Usando un catálogo de estrellas como el Almagest o las Tablas Alfonsine, podría localizar y medir la posición precisa de cualquier estrella conocida en el cielo, así como decir la hora al minuto usando la posición de las estrellas o el sol. . Otros instrumentos, como cuadrantes y ecuatorios, podrían usarse de la misma manera.
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Parte posterior de un astrolabio, que muestra la veleta y las gradaciones de posición.
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Frente a un astrolabio, que muestra los punteros de las estrellas que formaron un mapa móvil del cielo de arriba. Esto se movió para coincidir con la posición de una estrella brillante tomada usando la veleta en la parte posterior.