Пре­жде чем луч света от уда­лен­но­го кос­ми­че­ско­го объ­ек­та (на­при­мер, звез­ды) смо­жет по­пасть в глаз на­блю­да­те­ля, он дол­жен прой­ти сквозь зем­ную ат­мо­сфе­ру. При этом све­то­вой луч под­вер­га­ет­ся про­цес­сам ре­фрак­ции, по­гло­ще­ния и рас­се­я­ния.

Ре­фрак­ция света в ат­мо­сфе­ре  — оп­ти­че­ское яв­ле­ние, вы­зы­ва­е­мое пре­лом­ле­ни­ем све­то­вых лучей в ат­мо­сфе­ре и про­яв­ля­ю­щих­ся в ка­жу­щем­ся сме­ще­нии уда­лен­ных объ­ек­тов (на­при­мер, на­блю­да­е­мых на небе звезд). По мере при­бли­же­ния све­то­во­го луча от не­бес­но­го тела к по­верх­но­сти Земли плот­ность ат­мо­сфе­ры рас­тет (рис. 1) и лучи пре­лом­ля­ют­ся все силь­нее. Про­цесс рас­про­стра­не­ния све­то­во­го луча через зем­ную ат­мо­сфе­ру можно смо­де­ли­ро­вать с по­мо­щью стоп­ки про­зрач­ных пла­стин, оп­ти­че­ская плот­ность ко­то­рых из­ме­ня­ет­ся по ходу рас­про­стра­не­ния луча (рис. 2).

Из-за ре­фрак­ции на­блю­да­тель видит объ­ек­ты не в на­прав­ле­нии их дей­стви­тель­но­го по­ло­же­ния, а вдоль ка­са­тель­ной к тра­ек­то­рии луча в точке на­блю­де­ния (рис. 3). Угол между ис­тин­ным и ви­ди­мым на­прав­ле­ни­я­ми на объ­ект на­зы­ва­ет­ся углом ре­фрак­ции. Звез­ды вб­ли­зи го­ри­зон­та, свет ко­то­рых дол­жен прой­ти через самую боль­шую толщу ат­мо­сфе­ры, силь­нее всего под­вер­же­ны дей­ствию ат­мо­сфер­ной ре­фрак­ции (угол ре­фрак­ции со­став­ля­ет по­ряд­ка 1/6 уг­ло­во­го гра­ду­са).