伽利略用望遠鏡定位了許多肉眼看不到的恆星，他於1617年觀測到了什麼?
大熊星座中的開陽雙子星
笛卡兒的宗教信仰在學術圈中一直被嚴格地爭論著。他聲稱是虔誠的羅馬天主教徒，以及「沉思」的目的是為了維護基督教信仰。但是在他自己的時代，笛卡兒被指控宣揚秘密的自然神論和無神論信仰。與他同時代的布萊茲·帕斯卡說，「我不能原諒笛卡兒；他在其全部的哲學之中都想能撇開上帝。然而他又不能不要上帝來輕輕碰一下，以便使世界運動起來；除此之外，他就再也用不著上帝了。」史蒂芬·高克羅格的笛卡兒傳記中寫到，「他作為一個天主教徒有著很深的宗教信仰，並一直保持到他死的那一天，並帶著堅定的，熱情的探索真理的渴望。」在笛卡兒死於瑞典後，克里斯蒂娜女王放棄了她的王位轉信羅馬天主教。她一直聯繫的僅有的天主教徒就是笛卡兒，他曾是她的個人家庭教師。
柏拉圖哲學思想的核心是理念論，他認為存在著一個由形式和觀念組成的客觀而普遍可靠的實在世界，即「理念世界」也就是我們的世界觀，而是。理念世界是獨立於個別事物和人類意識之外的實體，永恆不變的理念是個別事物的「範型」，個別事物是完善的理念的不完善的「影子」或「摹本」。在《國家篇》中柏拉圖講到一個布袋戲寓言：洞口上面有類似木偶戲的表演，借洞口火光，其陰影投到洞壁上，這個犯人看到的只是這些陰影，等到犯人被釋放，他才看到木偶，看到火光，才明白以前看到的只不過是這些東西的陰影，等爬出洞來，看到真正的事物，看到太陽，才知道以前所看到的木偶火光之類，只不過是對真正事物和太陽的摹仿。柏拉圖在寓言中所說的真實事物和太陽，是對他的理念世界的比喻，而木偶火光之類，是對現實世界的比喻，他認為理念世界比現實世界更真實更完美。比如遙遠的天體人眼看到的都是那個天體的過去，有時候那顆天體已經死亡了，但是我們依然可以看到假象，而這個假象就不屬於客觀物質，同樣他也不屬於我們內心意識。從而說明了我們看到的未必就是真正的客觀物質。同樣宇宙所有事物都是光線到達眼睛時的事物，所以我們看到的都是過去，而宇宙瞬息萬變。所以我們看到的宇宙都不是客觀現實的宇宙。
銀河最初被認為是一團雲霧。伽利略觀察了銀河系，發現它是由許許多多恆星組成的集團，從地球這裡看很像是雲彩。伽利略用望遠鏡定位了許多肉眼看不到的恆星。他於1617年觀測到了大熊星座中的開陽雙子星。在《星際信使》一書里，伽利略記錄，恆星看起來就像是一個純粹的發光體，在望遠鏡里也一樣，沒有什麼改變，和行星相比，行星在望遠鏡里顯示是一個圓盤狀物體。此後不久，在他的關於太陽黑子的信件中，他報告，在望遠鏡里，恆星和行星都看起來相當圓。從這個觀點引發開來，他接著報告，望遠鏡顯示出恆星的圓度，通過望遠鏡觀測，恆星的直徑為幾弧秒。他還設計了一種方法，不通過望遠鏡來測量一顆恆星的表觀尺寸。正如在他的《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》一書中描述的那樣，他的方法就是在他看向恆星的視線里，懸掛一根細繩，他慢慢前進，直到細繩徹底遮住恆星，然後測量他與細繩之間的距離。通過這個距離和細繩的寬度他就能計算出恆星相對的他的觀察點的角度。在這本書里，他記錄了他發現一等星的視直徑不會超過5弧秒，6等星的視直徑大約為5/6弧秒。就像同時代的大多數天文學家一樣，伽利略也沒有認識到他測量的恆星的表觀尺寸是虛假的，這是由於光線衍射和大氣層對光線的扭曲造成的，測量的結果並不能代表恆星的真實尺寸。但是與之前的對最亮的的恆星做出的表觀尺寸的估計值相比，伽利略的值要小很多，如由第谷·布拉赫給出的估計值，這就使伽利略能夠反駁那些反哥白尼的論點了，比如第谷的論點，荒謬的認為這些恆星一定很大，因為探測不到它們的年度時差。其他一些天文學家都對恆星進行了同樣的測量，如西蒙·馬呂斯，喬瓦尼·巴蒂斯塔·里希澳利和馬丁努斯·霍爾登休。馬呂斯和里希澳利得出結論，得出的尺寸雖然小了，但是並沒有小到可以反駁第谷的論點。
根據瓦盧辛斯基的記錄，伽利略在1604年觀測並討論克卜勒超新星時作為天文學者而出名。由於這顆超新星沒有明顯的周日視差，伽利略認為它是一顆相距遙遠的天體，因此否決了亞里士多德對天體恆定的觀點。他對這種意見進行了公開宣揚，受到了強烈的抗議。1610年1月7日，伽利略通過望遠鏡觀察到了當時被描述為三個固定天體，因為渺小而幾乎看不見，它們都靠近木星，成一條橫跨的直線。第二天晚上觀測的結果是這些木星旁邊的天體改變了位置，那麼它們作為固定天體就無法解釋了。1月10日，伽利略發現它們其中的一個消失了，他認為天體藏到了木星的背後。幾天後，伽利略得出結論：它們在環繞木星運行。伽利略發現了木星四個衛星中的較大的三個，並於1月13日發現的最後的一個。伽利略將這四個一組命名為美第奇行星，致敬他未來的贊助人托斯卡納大公科西莫二世·德·美第奇和柯西莫的三個兄弟。然而，天文學家日後將它們改名為伽利略行星以紀念它們的發現者。這些行星如今被命名為艾奧、歐羅巴、伽倪墨得斯和卡利斯托。他就木星衛星的發現導致了天文學的一場革命，並持續至今：一個小行星圍繞著大行星運轉不符合亞里士多德的宇宙觀，後者認為所有天體都圍繞著地球運轉。許多天文學家和哲學家最初都否認伽利略的發現。他的發現日後被克里斯多福·克拉維斯證實，當他1611年訪問羅馬時獲得了英雄般的歡迎。伽利略在隨後的18個月中繼續觀察，到了1611年中他已經總結出相當精確的衛星運行周期。伽利略進展神速，以至於克卜勒認為這是不可能的。