De hemelnoordpool en -zuidpool corresponderen met de snijpunten van de hemelbol met de rotatieas van de aarde. Op de Noordpool van de aarde bevindt de hemelnoordpool zich altijd recht boven het hoofd en op de Zuidpool van de aarde bevindt de hemelnoordpool zich altijd recht boven het hoofd. Door de rotatie van de aarde lijkt de hemel op het noordelijk halfrond rond de hemelnoordpool te draaien en op het zuidelijk halfrond lijkt de hemel rond de hemelnoordpool te draaien. De hemelnoordpool bevindt zich op een declinatie van +90 graden en de hemelnoordpool op een declinatie van -90 graden.
De aardas is een denkbeeldige rechte lijn waarrond de aarde één keer per dag draait. De twee punten waar de as en het aardoppervlak elkaar snijden, bepalen de geografische noordpool op een breedtegraad van 90° noorderbreedte en de geografische zuidpool op een breedtegraad van 90° zuiderbreedte. De evenaar daarentegen is een denkbeeldige lijn waar een vlak loodrecht op de aardas het aardoppervlak snijdt op de grootste afstand van de as. De evenaar heeft een breedtegraad van 0°.
De geografische polen bevinden zich niet op dezelfde plaatsen als de magnetische noord- en zuidpool van de aarde – de magnetische polen worden gedefinieerd als de locaties op het aardoppervlak waar het magnetisch veld van de aarde respectievelijk recht naar beneden en recht naar boven wijst. De baan van de aarde heeft ook een as: de richting loodrecht op het baanvlak van de aarde. De as van de aarde staat onder een hoek van 23,4° ten opzichte van die baanas. Deze helling is de oorzaak van de seizoenen op aarde. In het bijzonder zijn er tijdens een baanfasen waarin het noordelijk halfrond of het zuidelijk halfrond naar de zon is gekanteld en dus meer licht ontvangt.
Ten opzichte van de verste hemellichamen verandert de richting waarin de as van de aarde wijst langzaam in de loop van de tijd, in wat de axiale precessie van de aarde wordt genoemd. Momenteel snijdt de as van de aarde de hemelbol dicht bij Polaris, de Noordster. Maar in ongeveer 26.000 jaar beschrijft dat snijpunt een kleine cirkel aan de hemel. Hemelse coördinatensystemen die hemelcoördinaten definiëren met betrekking tot de aarde, moeten rekening houden met de resulterende minieme coördinaatverschuivingen in de loop van de tijd.
De poolcirkels zijn breedtegraden op de aarde. De poolcirkel op 66°33′48,8″ N wordt de Noordpoolcirkel genoemd en de poolcirkel op 66°33′48,8″ Z wordt de Zuidpoolcirkel genoemd. Door de gekantelde rotatieas van de aarde kennen gebieden ten noorden van de poolcirkel en ten zuiden van de zuidpoolcirkel ‘poolnachten’ tijdens de winter en ‘pooldagen’ tijdens de zomer. Tijdens een poolnacht staat de zon meer dan 24 uur onder de horizon en deze periode van duisternis kan maanden duren. Tijdens een pooldag staat de zon meer dan 24 uur boven de horizon en kan de dag maandenlang duren. Pooldagen en -nachten zijn het langst dichter bij de polen. Poolnachten vinden plaats voor en na de winterzonnewende van elke poolregio, terwijl pooldagen plaatsvinden voor en na de zomerzonnewende.
Zwaartekracht is de wederzijdse aantrekkingskracht tussen objecten met massa. In de klassieke mechanica oefent elk object met massa altijd een aantrekkingskracht uit op een ander object met massa. Deze aantrekkingskracht is wat we kennen als zwaartekracht. Einsteins algemene relativiteitstheorie herinterpreteert zwaartekracht als een kromming van de ruimtetijd in plaats van een kracht. De klassieke benadering van zwaartekracht is echter in de meeste scenario's nog steeds accuraat. Hoe zwaarder een object is, hoe sterker zijn zwaartekracht/kromming van de ruimtetijd en dus hoe sterker de aantrekkingskracht op andere objecten.
Objecten met massa kunnen het pad van licht dat langs hun zwaartekrachtveld passeert, afbuigen. Dit effect, voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie, werd voor het eerst waargenomen tijdens de zonsverduistering van 1919, toen de afbuiging van het licht van verschillende sterren in de buurt van de zon werd gemeten.
Zwaartekrachtlensing is het duidelijkst zichtbaar bij zeer massieve objecten, zoals sterrenstelsels of sterrenclusters. Als waarnemers op aarde kijken naar een ver object waarvan het licht op deze manier wordt afgebogen (door ‘de lens’), zal het object vervormd lijken. Deze vervorming houdt altijd een (de)vergroting van het licht in, waardoor we anders zwakke achtergrondobjecten beter kunnen zien. Wanneer de lens voldoende massa heeft die geconcentreerd is in een klein hoekgebied, worden meerdere beelden van hetzelfde achtergrondobject geproduceerd, waarbij het licht van elk beeld op verschillende tijdstippen de waarnemer bereikt.
Het meten van deze zogenaamde ‘tijdvertragingen’ is een van de beste manieren om de waarde van de Hubble-constante op extragalactische schaal te bepalen. Meerdere beelden van een lens stellen ons daarentegen in staat om de massa ervan nauwkeurig te bepalen (met behulp van modellering); dit is een zeer nuttige methode om de massa van sterrenstelsels en, in het bijzonder, sterrenstelselclusters te bepalen.
Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelt het bestaan van zwaartekrachtgolven: rimpelingen in ruimte en tijd die zich met de snelheid van het licht voortbewegen. Een manier om dergelijke golven te produceren is wanneer twee objecten om elkaar heen draaien. Zwaartekrachtgolven werden voor het eerst afgeleid uit waarnemingen van de dubbelster PSR B1913+16 (een neutronenster en een pulsar die rond een gemeenschappelijk zwaartepunt draaien). De omlooptijd is afgenomen doordat het systeem energie verliest door zwaartekrachtgolven uit te stralen.
De eerste detectie van zwaartekrachtgolven vond plaats in september 2015 door de twee zwaartekrachtgolfdetectoren van het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Zwaartekrachtgolven kunnen informatie bevatten over astronomische objecten die op geen enkele andere manier toegankelijk is, met name over rondcirkelende en samensmeltende zwarte gaten of neutronensterren.
Glossarium astronomicum