Galileo đã liên tục cải tiến kính viễn vọng để quan sát những vì sao ở rất xa. Ảnh minh họa: P.E.

Vào tháng 10/1604, Galileo quan sát thấy một ngôi sao mới (“nova”, tiếng Latin nghĩa là “mới”) một ngôi sao mới nhìn thấy được do bừng sáng lên trong một thời gian. Để phù hợp với thuyết của Aristotle cho rằng trời cao rất hoàn hảo và không thay đổi, các triết gia ở Padua đã cho rằng ngôi sao mới phải gần Trái Đất hơn Mặt Trăng, nghĩa là không ở trên trời cao.

Tuy nhiên Galileo đã tranh cãi rằng vì ngôi sao mới có vẻ như không dịch chuyển so với nền trời sao khi nhìn từ những độ cao khác nhau ở phía trên chân trời, nên nó cách xa Trái Đất hơn Mặt Trăng.

Galileo ẩn danh phê phán cuốn sách của các triết gia Florence viết rằng sao mới từ trước đến nay vẫn có mặt trên trời, nhưng chưa được phát hiện cho đến khi một thấu kính trong “thiên cầu pha lê” dịch chuyển trên trời bất ngờ làm nó hiện ra. Điều thú vị là thuyết tương đối tổng quát của Einstein ở cuối thế kỷ 20 đã giải thích một hiện tượng gọi là thấu kính hấp dẫn, làm cho một số thiên thể ở cực xa đáng lẽ không nhìn thấy được, lại hiện lên.

Năm 1609, Galileo nghe nói Hans Lippershey người Hà Lan đã sáng chế ra một dụng cụ khiến những vật ở xa nom có vẻ gần hơn. Tháng 8 năm đó, sử dụng một thấu kính phẳng -lồi làm vật kính và một thấu kính phẳng-lõm làm thị kính, Galileo đã chế tạo ra một kính viễn vọng có độ phóng đại chín lần.

Ông trình diễn mẫu thứ hai đã cải tiến cho các tổng đốc của Venice. Họ tập trung trên đỉnh tháp chuông San Marco, thấy hiện ra cảnh các thủy thủ xa hơn so với tầm nhìn trước đây. Họ thưởng cho ông một vị trí suốt đời ở Đại học Padua vì thành tựu này của ông.

Chỉ trong mấy tháng Galileo đã chế ra một kính viễn vọng có độ phóng đại 20 lần, rồi 30 lần. Ông dùng chiếc kính sau cùng để quan sát Mặt Trăng, các vệ tinh của sao Mộc và các ngôi sao. Những khám phá được ghi lại trong Sứ giả các vì sao (Sidereus nuncius) của ông xuất bản năm 1610, trong đó có cảnh tượng bề mặt Mặt Trăng với núi non gồ ghề và bốn vệ tinh quay xung quanh Sao Mộc, đã thách thức nguyên lý của Aristotle.

Bề mặt Mặt Trăng gồ ghề theo mô tả của Galileo mâu thuẫn với quan niệm của Aristotle cho rằng mọi thiên thể đều hoàn hảo, còn việc Galileo nhìn thấy các vệ tinh quay quanh sao Mộc đã bác bỏ khẳng định rằng mọi thứ đều quay quanh Trái Đất.

Những khám phá qua kính viễn vọng của Galileo khiến ông tin rằng hệ thống Copernicus hợp lý hơn hệ thống Aristotle. Ông cảm ơn Chúa Trời “nhân từ đến mức làm cho chỉ mình tôi trở thành người đầu tiên quan sát những điều kỳ diệu ẩn giấu trong sự mờ mịt suốt bao thế kỷ qua”.

Cộng đồng thiên văn không nhất trí tán thành những quan sát hay kết luận của Galileo. Nổi bật trong số những người tán thành có Johannes Kepler, lúc đó là nhà toán học triều đình của Hoàng đế La Mã Thần Thánh tại Praha.