伽利略从来没有对威尼斯的政治事务抱有特别的兴趣，也从不掩饰自己对宫廷的抱负。他没有听从萨格雷多的劝说，而是选择与朋友和大学同事辞别。在追求进步的过程中，他很少顾及别人，也从不考虑自己的家庭。
无论怎么看，玛丽娜·甘芭都是伽利略一生中唯一与他保持了较长时间关系的女性。年夏天，他前往佛罗伦萨时没有携她同行。按照多部伽利略传记的说法，她在他离开后不久就与别人结了婚。在他们的三个孩子维吉尼娅、丽维娅和文琴佐中，只有最小的孩子被留给母亲监护。与伽利略之父同名的文琴佐这时只有4岁。9岁的丽维娅则被父亲带到了佛罗伦萨，而更长一岁的维吉尼娅此时已在托斯卡纳的祖母家里。
伽利略带着两个女儿暂住在他的姐妹处，直到搬入一栋属于自己的房子——它“阳台的屋顶高高的”，可以提供一片仰望星空的开阔视野。当伽利略选择在乡间隐居的时候，祖母就在那里照料孩子们。他待在大公宫廷里的时间还不及在友人菲利波·萨尔维亚蒂的托斯卡纳庄园里的时间多。他打算尽快把女儿们送进修道院，尽管她们年纪还太小，远没有达到16岁的正式入院年龄。
然而，伽利略只要做了决定就不会动摇，他请来教会的高级代表帮忙，几年后依靠与枢机主教奥塔维奥·班蒂尼的关系获得了相应的批准。于是，两位年仅12岁和13岁的女孩最终来到了佛罗伦萨附近的阿切特里的圣马太修道院，那是她们将要发愿和度过余生的地方。小女儿变得消沉，而长女维吉尼娅则与她的父亲保持着非常真挚的关系，这从她写给父亲的许多信中可见一斑。
就在家庭和事业发生变动的过程中，亦即迁居佛罗伦萨几周之前，伽利略再次收到了一封开普勒从布拉格寄来的信。关于发现未知天体的消息在那里引起了一些骚动，伽利略从托斯卡纳大使和他的朋友马丁·哈斯达勒的多封来信中已有所耳闻。开普勒还是无法证实伽利略的论断。在公开称赞《星际信使》之后近4个月，他的评价仍旧孤立无援。他急迫地请求伽利略告知有哪些证人，伽利略则处境尴尬——他自己连一位证人都还说不出。他用一封简短的回信摆脱了这个令人为难的问题。
他写于年8月19日的回信反映了他此刻的状态：一切都以他和他的项目为中心——伽利略不能打破他的常规做法，哪怕只是写下寥寥数语以及向笔友敞开心扉。他提到了自己的新头衔、大公赏赐的礼物以及他打算完成的多部作品。整封信洋溢着自负。尽管如此，他对同人的支持表示衷心感谢，并称赞他不同于那些“面对真理之光双眼紧闭”的凡夫俗子。
很快，开普勒就再次向伽利略伸出了援手。在他终于从别处获得一部望远镜并亲眼看见木星的四颗卫星之后，他还于年秋季就此写了一篇科学论文。苏格兰人托马斯·赛格特为该文补充了一些拉丁文诗句。在佛罗伦萨，赛格特所说的“你赢了，伽利略！”被认为出自皇帝御用数学家之口。伽利略得意扬扬。不过，他不愿因为开普勒的哲学猜想而改变自己的路线。既然最严厉的批评者都做出了让步，他现在为什么还要让理论的重担对艰难获得的认知构成威胁呢？
博洛尼亚的乔瓦尼·安东尼奥·马吉尼向他通报了自己用望远镜观测的情况，接着在年10月，克里斯托弗·克拉维乌斯和他的罗马同事们也看到了木星的卫星。就这样，望远镜被接纳为具有指导性的科研仪器，而新天体的存在也得到了证实。伽利略立即趁热打铁。刚到达佛罗伦萨，他就已经把注意力转向罗马。他再次想办法接近当权者，目的是让最高层认可他的发现。
克里斯托弗·克拉维乌斯又一次在他的职业生涯中扮演了关键角色。这位耶稣会数学家是一位权威。他对天文问题的判断在天主教会内部始终举足轻重。伽利略在其科研生涯早期就已经拜他为师，当时克拉维乌斯至少间接地为他申请比萨的教职提供了支持。在第谷的宇宙观中，众行星围绕太阳运转，并和太阳一起绕着位居宇宙中央的地球运动。
这位罗马首席数学家是伽利略迁居之后所联系的第一个人，也是他于年12月30日通报其最新发现的第一个人：金星和月亮一样，也会变大和变小，有时状如圆盘，有时又像镰刀。这个本身无关紧要的观测结果事实上意味着亚里士多德和托勒密的古代宇宙观——地球位于中央并被其他行星所环绕——的终结。
伽利略通报说，他在三个月前开始观察金星。他首先看到的是一个小圆盘。随着它变得越来越大，它在背日侧的曲线也渐渐收缩。“几天之内，它就变成了一个半圆。”从那时起，金星每个星期都在缩小，行星形状的变化取决于它相对于太阳的位置及由此造成的光影关系。这项观测使伽利略得出结论，即行星的光芒全都来自太阳，“而金星（水星无疑也是）绕着太阳运转”。
伽利略当然明白，他在此向他的笔友展示了一件极具爆炸性的证据。然而，他没有兜圈子就立刻进行下一步思考，而且这超出了纯粹知觉的范畴——伽利略把结论从金星推广到包括地球在内的所有行星。太阳“毫无疑问是所有重要行星的运转中心”，他如此写道。正如开普勒把火星的椭圆轨道扩展至整个行星系统，伽利略也从单一观测中提出了普遍的规律。对他来说，如今除了哥白尼体系之外，已经不存在能够合理解释有关现象的其他可能性。
他把这一点明确告诉了克拉维乌斯，几天内又告诉了包括开普勒在内的其他笔友。现在，随着他用望远镜发现了金星的相位，他的最后一丝顾虑也被消除了。不过，金星的相位无法独立证明哥白尼体系的正确性。除了哥白尼和托勒密的理论，始终还流传着各种不同的天文假说。它们甚至已经部分考虑到了伽利略的观测情况——金星可能围绕太阳运行的想法并不新颖。
用肉眼望去，金星在几个月间的傍晚时分都非常明亮。接着，这颗行星会消失一阵，最后又会在黎明时分成为天边引人注目的小亮点，并随着时间的推移变得越来越亮，升得越来越高。古典时期的观星者已经猜测说，后者也是金星。这颗行星先上了几个月的晚班，然后上早班，它的名字也从长庚星变成了启明星。
金星时而圆满，时而亏缺，这是用肉眼无法看清的。但仅仅是它与更难观察的水星一样只出现在黎明和傍晚的事实就意味着，这两颗行星从来没有离太阳远去。二者始终处于太阳的近旁，有时比它早一点出现，有时又晚一点。因此，迦太基的马蒂亚努斯·卡佩拉早在公元前5世纪就猜想，这两颗行星都围绕太阳运动。年后，爱尔兰人约翰内斯·斯科图斯·埃里金纳提出，除了水星和金星之外，或许火星、木星和土星也环绕太阳运行。相应地，哥白尼最后也把地球加入到绕日飞舞的行星队伍之中。
第谷·布拉赫的宇宙体系缺少哥白尼的上述最后一个步骤。它显示，这一结论不是必然得出的。在第谷的模型中，所有行星都围绕太阳运动，并与太阳一起绕地球运动。不同于哥白尼的宇宙观，地球在此享有特殊地位。它没有被擢升为天上的行星。开普勒在其《新天文学》中深入探讨了第谷的体系。它和哥白尼的体系都与观测数据相符。尽管如此，他还是批判了它：既是因为他认为太阳会产生一股牵引所有行星的机动力，也是因为以哥白尼理论为基础的行星轨道能够以特别美妙的方式呈现。
结语不过，多数天文学家却在发现了金星相位之后转向了第谷的理论。在耶稣会内部，这个地心说和日心说的折中方案在几年后被奉为标准宇宙模型。这虽然是一种固执己见的数学混合结构，但许多学者认为它要比地球在运动的观点更容易接受。
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