地球是一个球体，在北半球，北极星的高度角（从海平面到北极星的仰角）近似等于观测者所处的纬度。在南半球，水手们可以利用南十字星座来确定纬度。这是基于地球的自转和星辰相对位置固定的原理，通过测量星辰与海平面的夹角来确定船只所在的纬度。

除了北极星和南十字星座外，一些星座也可以作为辅助工具。例如，猎户座在南北半球都能看到，它的位置变化可以帮助水手核对观测的准确性。水手们可以根据猎户座腰带三星的位置和角度变化来推测时间和大致的纬度范围，作为对主要定位星座观测的补充。

在南半球航海时，南十字星座是关键的定位星座。水手们通过测量南十字星座中两颗主要恒星连线的垂直平分线与海平面的夹角来确定纬度。南十字星座在南天极附近，它的位置相对稳定，是南半球航海定位不可或缺的参考。

北极星位于北极点的正上方，几乎相对地球北极静止。对于北半球的水手来说，它是最重要的定位星辰。在晴朗的夜晚，水手只要测量北极星与海平面的夹角，就可以大致确定船只所在的纬度。例如，在北纬 30° 的地方，北极星的高度角约为 30°。

北极星（北半球）

南十字星座（南半球）

其他星座辅助作用

星盘：这是古代航海中重要的工具之一。星盘是一种圆形的仪器，有一个可以旋转的盘面。盘面上标有星座、星辰的位置以及角度刻度。水手在使用时，将星盘举过头顶，通过星盘上的小孔和指针来对准目标星辰，然后根据星盘上的刻度来读取星辰的高度角。不过，在船只摇晃的情况下，使用星盘需要一定的技巧和经验。

象限仪：象限仪主要用于测量星辰的高度角。它的形状通常是一个四分之一圆的扇形，边缘有刻度。水手将象限仪的一条边对准海平面，通过旋转象限仪使视线通过象限仪的瞄准器对准目标星辰，然后从刻度上读取星辰的高度角。象限仪相对星盘来说，在海上使用可能更方便一些，因为它结构相对简单，操作更容易掌握。

古代水手在观测星辰时，首先要保证有一个相对稳定的观测平台，通常是在船只较为平稳的时候进行观测。观测者需要站在甲板上，用肉眼直接观察星辰。为了获得准确的角度，他们会使用一种简单的方法，如用一根绳子系上一个重物，垂直悬挂，以此作为参考线来测量星辰与海平面的夹角。例如，当观测北极星时，观测者会将绳子的一端固定在甲板上，手持绳子的另一部分，身体慢慢下蹲或上移，直到眼睛通过绳子看到北极星与海平面重合，然后通过旁边的刻度（可能是简单标记在船舷上的刻度）来读取角度。