一個萬裏無雲的晚上，伽利略開始觀測星辰。
他心裏有些害怕，害怕自己是人類當中第一個看到這個奇景的人。月亮高高掛在天空，好像在祝福他偉大的探險。伽利略想起他讀過的一則神話，說的是艾克代偷窺月亮女神黛安娜，並最終被處死的故事。有好大一會兒，伽利略一直遲疑著，因為馬上要看到的將是有史以來人類的肉眼都不曾見過的東西。他用手將他又長又多的紅色頭發向後抹起，雙眼直向天空望去。
起初，觀測到的浩瀚壯觀的天空使他感到驚愕。這位天文學家不知佇立了多久，他完全沉浸在驚奇中。一位侍者帶著披風爬上樓來，想替他披上，以防他受涼引發關節炎的老毛病，伽利略竟大聲斥責他幹擾了他的觀察，嚇得侍者急忙退回。其後，伽利略回到書房寫道：“天河裏有數不清的星辰聚在一起，不管你將望遠鏡朝向哪一部分，舉目所見全是星星，有許多很大、很亮的星星，但那些小的就無法分清楚。
“我敢肯定，月亮表麵並不平滑，相反，它的表層起伏不平，充滿著高低溝壑峰脊，如同地球上的高山深穀一樣。”
他一再研究月球的山峰，計算它的高度。即使是在現代，即使擁有了最先進最強力的望遠鏡，也從沒有一位天文學者對伽利略計算的數字提出過異議。
後來伽利略又寫道：“我已決心將整個獵戶星座繪製出來。但它的數量實在多得驚人，需要的時間也難以估算！”
他將紙筆推開，手靠在桌上支著腦袋，靜靜地默想，沉思。
“我會有足夠的時間來記錄蒼穹奇景中極微細的一部分嗎？”伽利略問自己。他想起他浪費了許多時間在音樂會和宴會上。現在，他把他的琵琶和樂譜束之高閣，並盡可能不再接受任何訪問。有時他忙得連準備授課的時間、單獨吃飯的時間都抽不出來。第二年，也就是1610年的1月，伽利略又有了一項重大的發現。他將望遠鏡轉向木星，看到了另外三顆雖然很小卻十分明亮的星，兩顆在木星的東麵，一顆在它的西麵。第二天晚上，他看見這三顆星全出現在木星的西麵。他的記錄這樣寫道：