Dejando a un lado las observaciones privadas que pudieran haberse realizado anteriormente con distintos instrumentos telescópicos, es oficialmente a partir de 1609 cuando dejan de hacerse las observaciones celestes sólo a simple vista para comenzar a realizarse por medio del telescopio.
Es en este año de 1609 cuando Galileo dirige su telescopio al firmamento, y realiza nuevos descubrimientos respecto a los cuerpos físicos que pueblan el cielo. Estos descubrimientos los publicará Galileo en Marzo de 1610, en su obra Sidereus Nuncius (El Mensajero Sideral). En concreto, Galileo observó con el telescopio:
1) La aparición de una gran cantidad de estrellas en el firmamento que no se podían ver a simple vista, y la comprobación de que varias manchas del cielo, conocidas como nebulosas, así como también la propia Vía Láctea, al observarlas por el telescopio dejaban de ser manchas claras para convertirse en un conjunto de múltiples pequeñas estrellas.
2) Las irregularidades orográficas de la Luna, en contraposición al carácter supuestamente liso de su superficie tal y como ésta se veía a simple vista.
3) La existencia de cuatro cuerpos celestes alrededor de Júpiter, que tenían sus propios movimientos regulares, en contraposición al movimiento conjunto de las estrellas.
Después de la publicación de la obra Sidereus Nuncius, Galileo dejó de ejercer de Profesor en la Universidad de Padua, y se trasladó a su patria natal Florencia, en Julio de 1610, con el empleo de Filósofo y Matemático dentro la Corte del Gran Duque.
Allí realizó otros importantes descubrimientos físicos:
1) Vio que Saturno parecía tener una forma ahuevada, como si estuviera formado por una gran estrella central, supuestamente rodeada a los lados por dos estrellas más pequeñas (precisiones posteriores en el alcance del telescopio permitirían a Huygens comprobar que se trataban en realidad de lo que hoy conocemos como los famosos anillos de Saturno).
2) Y observó el que quizá fuera el más importante de todos sus descubrimientos: las famosas fases de Venus.
Fue invitado por el Cardenal Barberini (futuro Urbano VIII, el de la Sentencia), en Marzo de 1611, a presentar sus descubrimientos al Colegio Romano de los jesuitas, prolongando su estancia en Roma hasta Junio.
Es importante señalar que en todos estos descubrimientos físicos, la Iglesia Católica siempre estuvo abierta (como no podía ser de otro modo) a ellos, así como a profundizar más en la indagación celeste. Es decir, que la Iglesia Católica nunca tuvo ningún problema con el hecho de que se investigara y se realizaran nuevos descubrimientos físicos que ayudaran a corregir y rectificar elementos o partes de la tradicional filosofía física o natural aristotélica.
Como ejemplo paradigmático de esta sana investigación física, podemos citar la carta de San Roberto Berlamino al susodicho Colegio Romano, en la cual le pregunta acerca de todos estos nuevos hallazgos celestes.
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