地球的自转运动
地球不停地围绕其自转轴作旋转运动，称为地球的自转运动。地球自转的方向是自西向东的，因而才会有天球以相反的方向自东向西的旋转运动。
为了计量地球自转运动的周期，必须在地球之外选定参考点。由于地球的自转运动，被选定的参考点两次回归到同一方向时，其间的时间间隔就是地球自转周期。
以恒星为参考点所测得的地球自转运动的周期叫恒星日，它是恒星连续两次通过同一子午圈的时间间隔。在一个恒星日中，地球自转360°，这是地球自转的真正周期。一个恒星日分为24个恒星时，一个恒星时分为60个恒星分，一个恒星分分为60个恒星秒。
以太阳中心为参考点所测得的地球自转运动的周期叫真太阳日，它是太阳中心连续两次通过同一子午圈的时间间隔。一个真太阳日分为24个真太阳时，一个真太阳时分为60个真太阳分，一个真太阳分分为60个恒星秒。
真太阳时不是均匀的时间系统，真太阳日时长时短，相差最大的可达51秒。其原因在于地球在自转同时还绕日公转，而且公转速度是不均匀的。
为了建立一个均匀的太阳时系统，天文学家引入一个天球上的假想点----平太阳。其引入方法如下：首先假定在黄道上有一个以真太阳平均速率做匀速动的点，它与真太阳同时过近日点和远日点；又假设在天赤道上也有一个做匀速运动的点，其速率与第一个假想点相同，并且两者同时过春分点。这第二假想点就是平太阳。以假想平太阳为参考点，连续二次过同一子午圈的时间间隔为一个平太阳日。一个平太阳日分为24个平太阳时，一平太阳时等于60平太阳分，一个平太阳分等于60平太阳秒。平太阳时是一种均匀的太阳时系统，简称平时，就是我们日常用的时间系统。
平太阳日与恒星日不一样长，一个平太阳日=1.0027379恒星日。为什么平太阳日要比恒星日稍微长一点呢？原因在于地球除自转外还围绕太阳公转，所以，在一个平太阳日中，地球自转所转过的角度要比360 度多59角分。
地球自转速度有角速度和线速度两种。地球自转角速度是每恒星日360°。因为恒星日只比太阳日短3分56秒，接近24小时。所以，地球自转角速度约为每小时15°，每4分钟1°。由于地球是固体，除南北两极点外，任何地点的自转角速度都一样。地球自转的线速度则因各地纬度的不同而有差异。这是因为纬线圈的周长自赤道向两极逐渐减小。赤道处纬线圈最长，自转线速度最快，每小时旋转1670公里。到了南北纬60°，纬线圈缩短，自转线速度约减小为赤道处的一半。到了南北极点，则既无线速度，也无角速度。
地球自转与天体的周日视运动
由于地球每日自西向东旋转，而处于地球上的观测者觉察不到地球的自转，却看到了整个天球上的天体都在自东向西围绕天轴作周日旋转运动。这种天体周日视运动的轨迹都是平行于天赤道的圆圈，称为周日平行圈。天赤道是最大的周日平行圈。越靠近天极，周日平行圈就越小，在天极上周日平行圈缩为一点。如果我们把望远镜指向天极，让底片长时间曝光，星星绕天极旋转的轨迹就能在底片上留下一个个圆圈，这些圆圈的共同圆心就是天极的位置。
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图1天体的周日运动
一、在两极（φ=90°）上
观测者位于北极上抬头看天球，如图2所示，北天极P与天顶Z相合，地平圈与天赤道相合。因此，天赤道以北的星体永远自东向西平行于地平圈作周日运动。它们常显不落，称为“恒显星”；反之，天赤道以南的星体，永隐地平以下，称为“恒隐星”。如果观测者站在南极上看天球，那么在北极看不到的恒隐星变为恒显星，看到的恒显星变为恒隐星。
图2在两极（φ=90°）上天体的同日运动
二、在赤道（φ=0°）上
观测者位于赤道上，如图3所示，天北极P与北点N相合，南天极P′与南点S相合；天赤道QQ′穿过天顶和天底，所有天体的周日平行圈都和地平圈垂直。因此，它们都垂直上升和下落，每天有12小时在地平以上，12小时在地平以下。显然，在赤道上的观测者可以看到天球上所有的恒星。
图3在赤道（φ=0°）上天体的周日运动
三、在赤道和两极之间：0°＜φ＜90°
在这些地区内，天轴和地平面斜交，其交角等于观测者的地理纬度φ；周日平行圈也和地平面斜交，其交角等于90°—φ。所有恒星都倾斜上升，倾斜下落。在北半球上当观测者向高纬度移动时，北天极P越靠近天顶Z，周日平行圈和地平圈的交角越小，所见南天的恒星越来越少；反之，当观测者向低纬度的地方移动时，北天极P的高度逐渐下降，周日平行圈和地平面的交角逐渐增大，所见南天的恒星逐渐增多。
图4在赤道和两极之间天体的周日运动
综上所述可知，在地球上，只有赤道上的观测者可以看到天球上的全部恒星，其它地区，或多或少地有些恒星永不下落成为恒显星，有些恒星永不上升成为恒隐星。恒显星的条件是其赤纬δ≥90°—φ，恒隐星的条件是其赤纬δ≤－（90°—φ）而能见升落的恒星的赤纬δ必在以上两个界限之间，即
90°—φ＞δ＞－（90°—φ）
地球的昼夜更替
由于地球是一个不发光、也不透明的球体，所以在同一时间内，太阳只能照亮地球表面的一半。向着太阳的半球是白天，称作昼半球；背着太阳的半球是黑夜，称作夜半球。在不考虑太阳的视半径和大气折光对昼、夜长度影响的情况下，昼半球和夜半球的分界线是一个大圆圈，称作晨昏线。由于地球不停地自转，昼夜就不断交替。昼夜交替的周期就是太阳日，为24小时。由于昼夜交替的周期不长，这就使得地面白昼增温不至于过分炎热，黑夜冷却不至于过分寒冷，从而保证了地球上生命有机体的生存和发展。
应当指出，把地球上的昼夜交替仅仅归结为由地球的自转引起并不全面。如果地球没有自转运动而只有公转运动，那么地球上也会有昼夜交替，只是周期很长，等于它的公转周期，也就是一年。如果地球自转周期和它的公转周期相等，那地球将永远以一面朝向太阳。朝向太阳的一面就会过热，背面则过于寒冷，就不适宜生命在地球上生存和发展。
地方时、区时和日界线
由于地球自转，地球上不同经度的地方有不同的地方时：经度每隔15°，地方时相差1小时；经度相差1°，地方时相差4分钟。东边的地方时总是早于西边。
为了统一时间，国际上采用每15°，划分一个时区的方法，全球共分24个时区，每个时区都以中央经线上的地方时作为全区共同使用的时间，即区时。
图5时区的划分
国际上规定，以英国伦敦格林威治天文台中星仪所在的子午线（0°经线）作为时间和经度计量的标准子午线，这条子午线称为本初子午线，或零子午线。本初子午线为中央经线的时区为中时区（即零时区），跨东西经各7.5°。
中时区以东依次是东1区、东2区、---东12区，它们的中央经线分别为东经15°、30°---、180°；中时区以西依次是西1区、西2区、---西12区，它们的中央经线分别为西经15°、30°---、180°。其中东12区和西12区各跨7.5°，叠加为12时区。每一时区的东西界线（亦即相邻两时区的界线）各距中央经线7.5°。
国际上规定，把通过英国伦敦格林威治天文台原址的经线（0°经线）的地方时称为世界时。中国目前统一采用北京所在的东8区的区时（东经180°的地方时），称为北京时间。要注意：北京时间不是北京的地方时，而是东经120°的地方时，即东8区的中央经线的地方时，也是东8区的区时；北京的地方时是东经116°的地方时，比北京时间晚16分钟。
国际上规定，把东西12时区的中央经线180°经线作为国际日期变更线，简称日界线。日界线是地球上新的一天的起点和终点，地球上的日期的变更，都从这条线开始。实际日界线不是一条直线，而是有些曲折，不完全按180°经线延伸。这是为了照顾附近国家居民生活的方便，日界线避免通过陆地。过日界线的时间计算是这样的：从东12区向东过日界线进入西12区，日期减一天；从西12区向西过日界线进入东12区，日期加一天。
落地偏东和沿地表运动的物体的偏移
地球的自转会产生一种地转偏向力。由于地转偏向力是法国数学家科里奥里于1835年提出来的，所以又称为科里奥里力。正是这种力使在地球上运动的物体发生偏移。
其一是落地偏东。当物体从地面上空A处下落时，不是垂直下落到地心0和A的连线与地面的交点B处，而是落在B点之东。其原因是地球自转的线速度与线半径成正比，A处的线半径比B处大，其线速度比B处大。在下落过程中物体保持原有的线速度，势必落在B处之东。根据实验，从高35米下落的物体，东偏11.5毫米。英国有人曾在5000英尺深的矿井内，作下落物体的试验，结果，物体在井底东偏3英寸。
其二是沿地表运动的物体的偏移。在自转的地球表面上，一切沿地表作水平运动的物体，不论其朝哪个方向运动都会偏离其初始的运动方向：在北半球上向右偏，在南半球向左偏。这些现象都是地球自转的结果，也是地球自转的有力证据。
为什么水平运动的物体会发生偏移现象？因为任何物体在运动时都有惯性，总是力图保持原来的方向和速度。如图6所示，在北半球，物体向北沿经线取AB方向作水平运动，经过一段时间，O转到O’的位置。沿经线方向的物体，由于惯性，必然保持原来的方向和速度，取A’B’的方向前进。这时，在O’的位置上的人看来，运动物体已经离经线方向而向右偏了。同理可证，沿纬线方向运动的物体也向右偏，南半球则向左偏。只有在赤道上。水平运动的物体没有右偏和左偏现象。
图6解释落地偏东示意图
