我們說太陽總是起起落落。早上從東邊升起，中午升到最高的地方，燦爛地照耀著大地，傍晚又從西邊落下去，接著在地球的另一半開始同樣的運行方式。在我們看來，不僅太陽是這樣運動，星星也是如此。從表面上看，你們會認為太陽和星星都是東升西落，或者你們覺得整個天空都在圍著地球轉，而地球就是整個宇宙的中心，那些數不清的星星就像固定在天空中的銀色亮片一樣，隨著天空的轉動而轉動。
那麼，現在我們應該相信這些表象嗎？太陽和星星是不是真的圍繞著地球轉呢？如果這個離我們有14 959萬千米的太陽，繞地球轉一圈所需的時間是一天，那麼你知道它每一分鐘走過的路程是多少嗎？至少40萬千米。這個速度雖然讓人難以置信，但是跟接下來要講的比起來，就根本不值一提了。那些星星就像我們的太陽一樣，它們的大小、亮度和太陽差不了多少，可是離地球要遠得多，因此就顯得更小了。在這些星星中，離我們最近的一顆和我們的距離是太陽與地球之間距離的3萬倍。因此，如果它在一天之內繞地球一圈，那麼它每一分鐘走過的路程就是40萬千米的3萬倍。那其他的星星呢？它們離地球的距離可能是這顆星與地球之間的距離的百倍甚至千倍，每天也是必須繞地球一圈，可想而知，速度會有多快啊！還記得那個具有龐大體積的太陽吧，在它旁邊，地球看起來就像一小塊黏土，你覺得它有可能在遙遠的太空以難以置信的速度繞著地球旋轉，只是為了供給地球光和熱嗎？除了太陽，還有無數的我們稱之為星星的「太陽」，它們都跟太陽一般大小，但是與地球之間的距離更遠，運行速度就需要同比增長，你覺得它們有可能每天以大到無法想像的速度繞著地球轉嗎？這顯然是不可能、不合理的。
那麼我們應該如何來解釋這些天體的運動呢？為什麼太陽、星星還有其他行星看起來都是圍繞著地球轉呢？為什麼它們看起來好像是從地平線的一端升起，然後從另一端落下去呢？這是最好解釋的了——因為地球本身在轉，所以它的每一個部分暴露在太陽底下的時間也不一樣。地球就像一個陀螺一樣在旋轉，這樣的話，星星、太陽看似在轉的現象就可以解釋清楚了。
坐過火車的人肯定都注意到：樹啊，廣告牌啊，籬笆啊，房子啊等，都好像在朝著與火車前進相反的方向運動。這時，你會感覺自己似乎是靜止的，而你看到的窗外的物體都迅速地從眼前掠過。要不是火車難免會顛簸，產生的錯覺肯定會更徹底：你肯定會感覺窗外的所有景象無一例外都從身邊呼嘯而過。倒退的馬車，逆流而下的小船，逆風行駛的帆船，這些物體都同樣地欺騙了火車上乘客的眼睛。總之，只要我們坐在任何慢速前進的交通工具上，我們總會有那麼一個時刻感覺自己沒在動，而窗外的物體都在向反方向運動的錯覺，事實上，窗外的這些物體都是靜止的。
地球繞著自身的軸自西向東旋轉，它轉一周所需的時間是24小時，也就是一天。我們感覺不到地球在運動，地球在轉動的過程中也不會產生任何震動，要不是有人告訴我們，我們肯定會一直認為自己是靜止的，而宇宙中其他的天體圍繞著地球自東向西做運動，也就是與地球自轉相反的方向。那麼太陽和其他星星圍繞著地球轉，也是一種錯覺，這種感覺就像坐在前進的火車上看窗外物體一樣。
因此，我們說地球是同時在做雙重運動：一個是地球圍繞著太陽轉，周期是一年；另一個是地球圍繞著自身的軸轉，周期是一天。陀螺的實驗可以很好地解釋地球同時進行的雙重運動。當陀螺原地轉動時，就像你們說的「睡眠」狀態，這時候它就只繞著自身的錐尖轉動；但是假如你用一種特別的方式把它扔出去，那麼它就會在繞著錐尖轉動的同時，又圍繞著地面上的某個點做圓周運動。陀螺的運動就是仿照地球的兩個運動，陀螺繞著它自己的錐尖轉，就相當於地球繞著自身的軸轉，而陀螺繞著地面上的某一個點轉，就相當於地球圍繞著太陽轉。
通過以下方式，我們可以更多地了解地球的雙重運動。我們在房間的中間擺一個圓桌，然後在桌子上放一根點燃的蠟燭來代替太陽，然後你在自己轉的同時，也圍繞著桌子轉，每繞著桌子轉一圈，就相當於地球圍繞著太陽轉一圈。這時你會發現：蠟燭的光會按順序照在你身上的每個部位，一邊的臉頰，後腦勺，還有另一邊的臉頰，被蠟燭照到的時間都是不一樣的（在這個實驗中，我們把我們的腦袋當做地球），這麼看來，我們腦袋的各個部位會交替被蠟燭的光照射到。因此，在浩瀚的宇宙中，地球也是如此，它的每個部分也是先後被陽光照射到的，白天是這一半，到了晚上這一半就變成黑色的了。正是由於地球本身的自轉，才形成了白天黑夜；正是由於地球圍繞著太陽轉，才形成了四季的變換。
讓我們用橘子來模擬地球的旋轉運動。首先用一根毛線針穿過橘子的兩端，讓橘子以毛線針為軸旋轉。這根毛線針就相當於我們前面提到的「軸線」，橘子表面的兩個針孔就是「極點」。為了更形象一點，我們假想一下，地球就跟這個橘子一樣，也是被一根長長的針刺穿，並圍繞著這根針做自轉運動。我們假想出來的地球上的這根長長的針就是地球的軸線，就跟刺穿橘子的那真實的毛線針是橘子的軸線一樣。而虛構出來的針在地球的上下表面所留下的兩個孔就是地球的極點。因此，地軸就是我們假想出來的那條線，地球每天都繞著它旋轉，而極點就是地軸穿過地球表面所留下的痕迹。
在我們看來，天空就像一個空心的球體，而我們就在這片天空的正中心。由於地球本身自西向東自轉，所以我們錯以為地球是靜止的，天空在自東向西旋轉。天空的這種運動也是繞著軸轉動的，這條軸線跟地球自轉的軸線是同一條。我用一個例子來說明，你們就會很清楚了。
假想一下，有一根長長的電線穿過橘子，然後放置在房間中，水平拉直，這時候橘子是懸掛在半空中的，此時在橘子上還有一隻小昆蟲。假如我們讓這個橘子繞著電線旋轉，那麼你覺得緊緊貼在橘子表面的昆蟲會感覺到它也在動嗎？當然不會。因為昆蟲視線範圍內的地方都沒有發生任何改變，所以它肯定感覺不到自己在動。而房間里的地板、天花板、牆壁，先後出現在小昆蟲的視野里，這讓它產生整個房間都在繞著電線旋轉的錯覺。就是橘子繞著轉動的這根電線，使得昆蟲錯認為是整個房間都在動。假設這條電線有整個房間的長度那麼長，貫穿前後牆，那麼兩面牆上的兩個點，相對昆蟲來說，看起來是靜止不動的，而牆上的其他地方照樣還是在做圓周運動，離電線越近，圓周就越小，離電線越遠，圓周就越大。
那麼現在我們假設這個橘子代表的就是地球，這根電線代表地軸，天花板和牆壁用來表示整片天空，而這隻昆蟲表示的就是一個對天文學一無所知的觀察者。這時，觀察者就會覺得自己是不動的，而整片天空正在自東向西旋轉。在他看來，除了兩個點是靜止的之外，天空中的每個點都在繞著地軸做圓周運動。這兩個點就是地軸兩端無限延長到達虛構出來的天球內部的點，我們把這兩個點叫做天極，它們和地球的兩極是相對的。
通過上面所講，即使地軸是看不見的，根本不存在的，你也了解了它的位置是如何確定的。你只需要找出這樣的一顆星星：不管什麼時候，它的位置都不會發生改變，也沒有做圓周運動。如果找不到看起來絕對靜止的點，也可以找到做最小圓周運動的那顆星。找到它，就可以確定地球的北極，沿著這顆星，就可以找出地球的北極點。用同樣的方法，還可以站在南半球的某個位置找到地球南極點的所在。
在我們視線範圍內，離極地最近的那顆星就叫做極星。它並不是絕對靜止的，只不過它的圓周運動距離非常小。在晴朗的夜晚，只要我們站在一片空曠的土地上，抬頭看天空，就可以看見極星就在我們的左手邊，也就是太陽升起的地方。我們會看到在地平線上空有一組群星，組成了一個星座叫做大熊座。這個星座由7顆星星組成，其中4顆非常亮，排成了一個長方形，還有3顆排成一條不規則的線，聚集在長方形的一個角的地方。大熊座是最亮最大的星座，在那片天空中其他可見的星星都無法和它的絢爛相比，因此它非常吸引人的注意。此外，由於它處在極星附近，所以徹夜可見。因為大熊座也是圍繞著地軸轉的，所以它在空中的位置會時高時低，但是在北半球上的人看來，它從未消失在地平線下。下面的圖片所展示的就是我們討論的大熊座的形狀。它的身子是由4顆星星組成的，尾巴則是由其他3顆星組成。
由這7顆星星組成的星座是什麼樣子的呢？只見這隻猛獸伸直了尾巴，露出了尖銳的牙齒，同時伸出爪子，好像要捕獵，這意味著什麼呢？我們從未在天空中看到過類似的事物，這幅圖片純粹是想像出來的。為了區分難以計數的星星，天文學家們達成共識把天空分成幾個不同的區域，然後給各個星座命名，有時候星座的形狀會跟某種動物或物體相似，為了方便，