Az égitestek fénye szemünket vagy műszereinket úgy éri el, hogy közben keresztülhalad a Föld légkörén is. A levegő a rajta áthaladó fényre többféle módon is hatást gyakorol: megváltoztatja intenzitását, színképi összetételét, sőt még haladási irányát is. Ezeket a hatásokat pontos csillagászati vizsgálatoknál figyelembe kell venni, mielőtt az észlelési eredményekből következtetéseket vonnánk le.
Komoly gondot okoz, hogy a levegő állapota térben és időben erősen változik. Emiatt a csillagok fénye még szabad szemmel nézve is nyugtalan: sziporkázik, reszket, színekben játszik. A jelenséget scintillációnak nevezzük. Oka az, hogy az állandóan mozgó, turbulens légkörben kavargó, különböző fizikai állapotú légtömegek pillanatról pillanatra másképp törik meg a rajtuk áthaladó fényt. A csillagok képe jó távcsőben elvileg pontszerű, illetve a fényelhajlás miatt néhány koncentrikus fényes és sötét gyűrűből áll; ám a scintilláció következtében a csillagászati távcsövek fókuszsíkjában keletkező kép sosem teljesen éles, és időben sem állandó. De még ha a levegő állapota változatlan lenne is, fellépne benne a szelektív abszorpció és a fényszórás jelensége. Ezeket a hatásokat, ha nem is nagyon egyszerűen, de figyelembe tudjuk venni, ismerve a levegőt alkotó gázok kémiai összetételét és fizikai állapotát. Ha pedig mindezektől eltekinthetünk, akkor még fennmarad a refrakció, azaz a légköri fénytörés jelensége, ami az égitestek látszó irányát változtatja meg. Precíz pozícióméréseknél ezt is figyelembe kell venni; ez bár elvileg nem is nehéz, de a gyakorlatban nem végezhető el pontosan, hiszen a légkör fizikai állapota így a nyomástól és hőmérséklettől is függő törésmutatója pillanatról pillanatra változik. Mindezeket a zavaró hatásokat teljesen kiküszöbölni csak úgy lehet, hogy műszereinket a légkörön túlra telepítjük.
Nézzük meg közelebbről a refrakció jelenségét! Már Tycho Brahe (1546‐1601) is foglalkozott vele, s megpróbálta tekintetbe venni, hogy pozíciómérései minél pontosabbak legyenek, de ez még nem sikerülhetett neki, mert a jelenség oka ismeretlen volt számára. Úgy hitte, hogy a Nap és a többi égitest fényének irányváltozása különböző.
Az égitest, mondjuk egy csillag fénye a légkörbe lépve egyre sűrűbb légrétegeken keresztülhatolva jut le a felszínig, azaz a törésmutató folyamatosan változik. Ha eltekintünk a légköri nyugtalanságtól, akkor a törésmutatót monoton növekvőnek vehetjük. Így a fénysugár útja valamilyen görbe vonal lesz (kivéve azt az esetet, amikor a fény pontosan a zenit irányából érkezik). Ilyenkor a refrakció nem változtatja meg haladásának irányát. A ferdén érkező sugár törése miatt az égitestet valódi helyzeténél magasabban észleljük, azaz zenittávolsága látszólag csökken. Legyen $z$ a csillag (valódi) zenittávolsága, és $z\text{'}$ az a zenittávolság, amit észlelünk. A kettő különbsége, a refrakció szöge legyen $r$; tehát $r=z-z\text{'}$.
Osszuk fel a légkört gondolatban $N$ rétegre, amelyekben a törésmutatót állandónak vesszük. A legalsónak az abszolút törésmutatója legyen $n_1=n$, a legfelsőé pedig $n_N=1$, a vákuum abszolút törésmutatója. Írjuk föl minden réteg határfelületére a Snellius‐Descartes-törvényt, majd a kapott $N-1$ egyenletet szorozzuk össze! Ekkor a legalsó réteg törésmutatóján, valamint a felszíni és a légkör határán észlelhető beesés szögének szinuszán kívül minden kiesik, és kapjuk: