一个挑战球形地球模型支持者的天文现象是北极星（Polaris）。在地心模型和日心模型中，北极星几乎正好位于地球北极的正上方。北极星在捍卫日心模型时所提出的挑战，源于其在夜空中的静止位置。与其他星星因地球的旋转而似乎移动或沿圆形轨迹运动不同，北极星始终固定，类似于唱片转盘的轴，唱片在其周围旋转。在日心模型中，地球不仅围绕太阳公转，还被认为在其轴上倾斜和摇摆。尽管地球有这样复杂的旋转、倾斜和摇摆运动，北极星全年保持在北极上方的固定位置。在这种假设下，如何可能有任何天体在天空中保持固定位置？

环极星轨迹（circumpolar star trails）对球形地球模型的支持者来说同样是一个显著挑战。这些星轨清晰地显示，天空中的所有星星都描绘着不间断的圆圈，回到其精确的起始位置，类似于简单的量角器的工作方式。这一观察与声称地球在围绕太阳以椭圆轨道旋转、倾斜和摇摆的球形地球模型的预期行为完全相悖。逻辑上，我们会期待看到线性星轨，表现得如同更直的划痕，而不是我们实际观测到的完美、重复的圆形。尽管科学解释试图将这些观察与球形地球模型相协调，但在平稳的平面地球上，天体本身在运动，像这样的有序环极星轨迹恰恰是可以预见的，且不需要任何修正、调整或验证。

米开尔逊-莫雷实验（Michelson-Morley experiment）是1887年由阿尔伯特·米开尔逊和爱德华·莫雷进行的一项重要科学实验，旨在测量光速以证明以太的存在——一种曾被认为是光波的介质，类似于空气对于声音或水对于涟漪的作用。他们的实验试图通过观察光速在不同时间和方向上的变化，来检测地球在以太中的运动。假设是，随着地球围绕太阳公转，它将通过以太，导致光速出现可测量的变化，就像当物体在水中移动时我们看到的干扰图样。然而，实验结果出乎意料且具有突破性。他们发现光速在所有测试方向上都是一致的，证明地球并没有运动。这一发现与当时主流的空间模型相矛盾，迫使科学家们重新思考对宇宙的理解，最终导致了爱因斯坦的相对论等新的物理理论的发展。爱因斯坦曾表示：“我相信地球的运动无法通过任何光学实验被检测到。”

在1871年，皇家天文学家乔治·贝里（Sir George B. Airy）进行了一项被称为“贝里的失败”的实验。该实验的目的是检测地球的运动，但结果与其目标相悖，显示星星相对于静止的地球移动。贝里将一台望远镜装满水，因为水会减缓光速。他计划计算望远镜的必要倾斜度，以使星光能够直接沿管道传输。出人意料的是，贝里发现光线以正确的角度进入望远镜，无需调整倾斜度，这证明了地球并没有水平运动。

美国天文学家爱德温·哈勃（Edwin Hubble）表示，这种情况意味着我们在宇宙中占据一个独特的位置，这在某种意义上与古代的中心地球观念相似。这个假设无法被证明，但它是不受欢迎的，只会在无可奈何的情况下才会被接受，因此我们会忽视这个可能性。偏爱的地点是不可容忍的，因此，为了恢复均匀性，避免居于独特地位的恐惧，必须通过空间曲率来补偿。宇宙学家乔治·埃利斯（George Ellis）说：“你无法驳斥地心模型，唯一能做的就是在哲学基础上将其排除。”理论物理学家劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss）也表示：“新的结果要么告诉我们所有科学都是错的，我们是宇宙的中心，要么数据根本就是错误的。” 这些问题继续揭示，日心模型需要不合理且深远的修正，才能与现实世界的观察证据相一致，持续质疑其有效性和应用。