Человек, ничего не принимающий на веру и всегда готовый к спору, Галилей прочитал о nova цикл лекций, указывая на то, что ее появление опровергает аристотелевскую концепцию звездного неба. При этом у него завязалась публичная полемика с профессором философии Падуанского университета Чезаре Кремонини. Последний придерживался традиционных аристотелевских воззрений, будто законы физики, а равно любые измерения применимы только на земле, к небесам же с их звездами и планетами никакого отношения не имеют: квинтэссенция переменам не подвержена и не подчиняется законам, применимым к земле, воздуху, огню и воде. А если все же звездное небо измерять, то результаты лишь кажутся противоречащими законам Аристотеля, на самом же деле это не так, уже по той простой причине, что там они не действуют. Галилея сильно смущало то обстоятельство, что он не может опровергнуть подобный аргумент привычным для себя способом — при помощи эксперимента. Тогда он не знал, что Кеплер занят именно этим — он исчислял эллиптические орбиты планет, демонстрируя таким образом, что математика применима-таки и к звездному небу.
Тщеславного Галилея начало снедать нетерпение. Ему уже исполнилось сорок, а слава и преуспеяние все не приходили. Даже у Кремонини жалованье было вдвое больше, чем у него, что же касается имени, то его сделали себе люди, у которых и половины его способностей нет. Галилей все время придумывал что-то новое, включая сельскохозяйственные приспособления, военные машины, медицинские инструменты, — тщетно, успеха так и не было. Всю работу делал он, а урожай снимали другие. Между тем потребность в деньгах нарастала с каждым днем: надо было содержать любовницу и троих детей, не говоря уже о семье, оставшейся во Флоренции. Приходилось залезать в долги.
Хватаясь за последнюю соломинку, Галилей написал письмо великому герцогу Тосканы Фердинандо I с просьбой найти ему какую-нибудь должность при дворе. Письмо пришло в удачный момент — герцогу как раз нужен был на лето учитель для своего пятнадцатилетнего сына и наследника Козимо. Галилей получил это место и поселился со своим подопечным на вилле Медичи в Пратолино, горной деревушке близ Флоренции. Здесь он провел несколько славных месяцев, наслаждаясь роскошью и бездельем и в то же время восхищая своего ученика научными опытами и яркими идеями. Но лето кончилось, и пришлось возвращаться в Падую с ее заимодавцами.
В 1609 году Галилей снова попал на службу семье Медичи, только на сей раз он понадобился жене Фердинандо I, великой герцогине Кристине. К сожалению, она почему-то решила, что Галилей — это не прославленный астроном, а прославленный астролог, и попросила его составить гороскоп мужа. Фердинандо I сильно болел, и надо было знать, встанет ли он на ноги, а если так, долго ли проживет. Галилей дорожил благорасположением семьи и сразу принялся за работу. Гороскоп получился на редкость оптимистическим: «звездочет» заверил великую герцогиню, что звезды располагаются наилучшим образом, Фердинандо I скоро оправится и проживет еще долгие годы. Увы! — через неделю великого герцога не стало, и перспективы дальнейшей службы Галилея у Медичи сделались весьма туманными.
По возвращении в Падую он узнал, что в Голландии изобретен телескоп. Еще и в глаза его не увидев, Галилей быстро понял принцип работы двухлинзовой камеры и за какие-то несколько дней сделал собственную модель, в десять раз превышающую мощность прежней. «Открытие» свое он преподнес венецианскому дожу — неглупый политический ход. Сколь важен телескоп для морской державы вроде Венеции, скоро стало ясно всем: появилась возможность засекать враждебные суда на далеком горизонте, выигрывая таким образом несколько ценнейших часов для подготовки обороны. В знак благодарности дож предоставил Галилею пожизненный контракт в университете, хотя надежды на повышение жалованья не оправдались, а ведь он был по-прежнему опутан долгами.