Не забывая, что наблюдения и опыт – вернейшие средства познания природы, Галилей и в астрономии особенное значение придавал эксперименту. Коперник, Бруно и их современники могли увидеть на небе только то, что доступно невооруженному глазу. Галилео Галилей стал первым ученым, начавшим наблюдения неба при помощи построенных им «зрительных» труб. Первые подзорные трубы, которые также называли «новыми очками», были созданы в Нидерландах (название «телескоп» появилось примерно на два года позже, чем сам инструмент). Известия об этом изобретении дошли до Венеции уже в 1609 г. Заинтересовавшись этим открытием, Галилей стал проводить собственные опыты с оптическими стеклами, которые увенчались успехом.

Ученому удалось значительно усовершенствовать прибор. Сначала он изготовил зрительную трубу с трехкратным увеличением, затем с восьмикратным, а самая совершенная из его подзорных труб давала 32-кратное увеличение! Какими крохотными были эти трубы Галилея по сравнению с современными мощными телескопами, увеличивающими изображение в тысячи раз! Но какими удивительными, потрясающими были открытия, сделанные Галилеем при помощи этих самодельных инструментов! Навсегда запомнил ученый то волнение, которое охватило его, когда он впервые направил свою зрительную трубу на ночное небо. Луна выглядела иначе, чем обычно, а звезд на небе было гораздо больше, чем можно увидеть невооруженным глазом! Необычайный мир, открывшийся взору Галилея, наполнил его радостью и трепетом. Он, и так часто страдавший бессонницей, почти перестал спать. Его открытия опрокидывали важнейшие положения астрономии и философии. Они возвещали о заре нового мировоззрения. Это было великое счастье – первым из людей увидеть Вселенную иной, чем она представлялась на протяжении веков.

Наблюдения ночного неба Галилей начал сразу, как только ему удалось сконструировать трубу, дающую трехкратное увеличение. Он обнаружил, что поверхность Луны очень напоминает земную – те же горы, равнины и глубокие впадины! Млечный Путь, до сих пор казавшийся сплошной белой полосой, при рассмотрении в зрительную трубу рассыпался на мириады звезд! Таким образом, смелая мысль Джордано Бруно о том, что звезд – солнц – бесконечное множество, а значит, просторы Вселенной безграничны и неисчерпаемы, нашла свое подтверждение. Но это было еще не все. 7 января 1610 г. произошло знаменательное событие: направив построенный телескоп (примерно с 30-кратным увеличением) на небо, Галилей заметил возле Юпитера три светлые точки – это были его спутники (позже Галилей обнаружил и четвертый). Повторяя наблюдения через определенные интервалы времени, он убедился, что спутники обращаются именно вокруг Юпитера. Галилей назвал их «светилами Медичи», «Медицейскими звездами» в честь герцога Тосканского Козимо II Медичи. Это открытие давало неопровержимое доказательство того, что не только Земля может быть центром обращения небесных светил. Еще одним из важнейших астрономических открытий Галилео Галилея являетя открытие фаз Венеры. Долгие наблюдения позволили ученому сделать вывод о том, что Венера вращается не вокруг Земли, как полагал Птолемей, а вокруг Солнца. Из открытия фаз Венеры следовал еще один важный вывод: Венера не светится собственным светом, а лишь отражает свет Солнца. Стало быть, планеты, как и Земля, по своей природе темны. Это открытие позволило решить величайший спор в истории астрономии. Помимо этого, наблюдая солнечные пятна, Галилей обнаружил, что они перемещаются по солнечной поверхности, и сделал вывод, что Солнце вращается вокруг своей оси. После этого легко было допустить, что вращение вокруг оси свойственно всем небесным телам, а не только Земле. Даже этот беглый перечень позволил бы причислить Галилея к величайшим астрономам, но его роль была исключительной уже потому, что он произвел поистине революционный переворот, положив начало инструментальной астрономии в целом.