Podemos apuntar un telescopio con gran precisión hacia una estrella y medir con un segundo de arco el ángulo en que el telescopio se eleva o se desciende; pero toda esta precisión será inútil a menos que conozcamos exactamente el punto central de los cielos desde el cual medimos, o, lo que viene a ser lo mismo, la línea horizontal a 90° de distancia de él. Dado que el horizonte verdadero hace referencia a la figura de la tierra en el lugar de observación, solo podemos determinarlo mediante la dirección de la gravedad, señalada ya sea por la plomada o por la superficie de un líquido. La cuestión se reduce entonces al modo más preciso de observar la dirección de la gravedad y, como hace tiempo que se ha descubierto que la plomada es irremediablemente inexacta, los astrónomos suelen emplear la superficie de mercurio en reposo como criterio de horizontalidad. Observan ingeniosamente la dirección de la superficie tomando una estrella como índice. De las leyes de la reflexión se deduce que el ángulo entre el rayo directo de una estrella y el reflejado en una superficie de mercurio será exactamente el doble del ángulo entre la superficie y el rayo directo de la estrella. De ahí que el punto horizontal o cero sea la media entre el lugar aparente de cualquier estrella u otro objeto muy distante y su reflejo en el mercurio.
Una plomada es perpendicular, o la superficie de un líquido es horizontal, solo en un sentido aproximado; pues cualquier irregularidad de la superficie de la tierra, una montaña o incluso una casa debe causar cierta desviación por su fuerza de atracción.
Detectar tal desviación podría parecer muy difícil, ya que cualquier otra plomada o superficie líquida se vería igualmente afectada por la gravedad. Sin embargo, puede detectarse; pues si colocamos una plomada al norte de una montaña y otra al sur, ambas se desviarán de manera aproximadamente igual en direcciones opuestas, y si mediante la observación de la misma estrella podemos medir el ángulo entre las plomadas, la mitad de la inclinación será la desviación de cualquiera de ellas, una vez hecha la corrección por la inclinación debida a la diferencia de latitud de los dos lugares de observación.
Mediante este modo de observación aplicado a la montaña Schiehallion, Maskelyne midió con precisión la desviación de la plomada y se estableció así una comparación entre las fuerzas atractivas de la montaña y del globo terráqueo en su conjunto, lo que condujo a una estimación probable de la densidad de la tierra.
En algunos casos es en realidad preferible determinar el punto cero mediante el promedio de cantidades igualmente divergentes que por observación directa. En pesajes delicados con una balanza química es necesario averiguar con exactitud el punto en el que el Fiel se detiene, y cuando se comparan pesas patrón la posición del fiel se determina mediante una escala cuidadosamente dividida vista a través de un microscopio. Pero cuando el fiel está a punto de detenerse, la fricción, pequeños impedimentos u otras causas accidentales pueden obstruirlo fácilmente, debido a que se encuentra cerca del punto en el que la fuerza de estabilidad se vuelve infinitamente pequeña. De ahí que se considere mejor dejar que el fiel vibre y observar los puntos terminales de las vibraciones. La media entre dos puntos extremos indicará casi la posición de reposo. La fricción y la resistencia del aire tienden a reducir las vibraciones, de modo que esta media será errónea en la mitad de la magnitud de este efecto durante media vibración. Pero tomando varias observaciones podemos determinar este retraso y compensarlo. Así, si a , b , c son las lecturas de los puntos terminales de tres excursiones del fiel respecto al cero de la escala, entonces 1/2 ( a + b ) será casi tan erróneo en una dirección como 1/2 ( b + c ) en la otra, de modo que la media de estas dos medias, es decir, 1/4 ( a + 2 b + c ), estará