Hollanda'da 1608'de patent başvurusu yapılan basit bir mercek düzeneğinin haberi 1609 yazında Padova'ya ulaştığında, Galileo Galilei yalnızca duyduğu tariften yola çıkarak kendi teleskobunu kurdu; birkaç ay içinde aleti yaklaşık 20 kat büyütecek kadar geliştirdi. O güne kadar teleskop ağırlıkla denizcilik ve askerî bir araç olarak düşünülüyordu; Galileo'nun yenilikçi adımı, onu gece gökyüzüne çevirmek oldu.

1609 sonu ile 1610 başı arasındaki birkaç ay içinde yaptığı gözlemler birbiri ardına alışılmış kozmoloji ile çatıştı. Ay'ın yüzeyi pürüzsüz ve mükemmel değil, kraterler ve dağlarla doluydu — Galileo gölge uzunluklarından dağ yüksekliklerini kabaca hesaplayabildi. Jüpiter'in çevresinde dört küçük ışık noktası geceden geceye yer değiştiriyordu; bunlar gezegenin uyduları, yani Dünya merkezli olmayan bir yörünge sisteminin somut örneğiydi. Samanyolu, dağınık bir sis değil, çıplak gözle ayırt edilemeyen çok sayıda yıldızdı.

Galileo bulgularını Mart 1610'da Venedik'te basılan ince bir Latince kitapçıkta — Sidereus Nuncius, 'Yıldızsal Haberci' — duyurdu. Kitapçık olağanüstü bir hızla Avrupa'ya yayıldı; Kepler hemen destekleyici bir cevap yazdı. Uydulara verdiği 'Medici Yıldızları' adı sayesinde Galileo, Toskana sarayında saray matematikçisi konumunu kazandı ve Floransa'ya döndü. Daha sonraki gözlemleri Venüs'ün evrelerini ve Güneş lekelerini de gösterecekti.

Gözlemler Kopernikçi sistem için elde edilen ilk doğrudan, kamuya açık ve sınanabilir kanıtlardı; ama otorite ile çatışma kaçınılmazdı. 1616'da Roma Galileo'yu güneş-merkezli modeli 'hipotez' düzeyinin ötesinde savunmaması konusunda uyardı, 1632'deki Diyalog'un ardından 1633 Engizisyon yargılaması onu zorla geri çekmeye ve ölünceye dek süren ev hapsine mahkûm etti. Bu çarpışma, bilim tarihinde 'gözlemsel kanıt-otorite' geriliminin kalıcı sembolü olarak yer etti; teleskop ise gökbilimin asıl aletine dönüştü.