1604年，天空中出现了一颗明亮的新星。这一宇宙奇观激起了意大利科学家伽利略的极大兴趣。遗憾的是那时望远镜还没发明，伽利略只能依靠肉眼进行观测。1609年伽利略获知一个荷兰眼镜商发明了望远镜，他凭着自己深厚的物理学功底，对眼镜商的望远镜进行了改造，成功研制观天望远镜。他制成的第3架天文望远镜已经可以放大33倍了。
1609年8月，伽利略把望远镜指向了星空，这一举动使他成为世界天文史上第一个用望远镜观测星空的人。他观测了月亮和银河，又借助云雾减弱太阳光线的时候，观测了太阳。望远镜使伽利略眼界大开，他发现肉眼观测到的月亮上的阴影，原来都是些大大小小的坑穴和大片的“海”（现代天文学证明，这“海”其实是平原）；白茫茫的银河是由一许许多多密密麻麻的星星构成的；太阳表面还存在一些大小不等的黑色斑点（后来称“太阳黑子”）。
1610年1月伽利略，从望远镜中发现木星附近有3个小光点，它们几乎在同一条直线上，一颗在木星右边，两颗在木星左边。但令他感到疑惑的是，这些小光点有时变成4颗，有时只剩下两颗。伽利略一连几夜耐心仔细地观察并详细记录，终于弄明白，原来那4颗是木星的卫星。1610年9月，伽利略又通过望远镜观测到金星也像月亮一样，时圆时缺，原来这是金星围绕太阳运行的结果。
用望远镜观测星空的结果，使伽利略更加确信哥白尼“日心地动说”是正确的，他把自己的这些天文新发现编成了一本书《星际使者》。作品发表后在世界上引起了强烈反响。尽管当时保守的教会竭力反对伽利略的观点，甚至有人拒绝使用望远镜观测星空，但仍无法阻挠伽利略和他的望远镜拉开人类天文学新纪元的序幕。