Galileo Galilei (1564-1642) est l’un des astronomes les plus influents de l’histoire. Bien qu'on lui attribue souvent l'invention de l'héliocentrisme, son véritable héritage réside dans les preuves empiriques détaillées qu'il a rassemblées qui ont confirmé le modèle centré sur le soleil de Copernic.
Pendant près d’un millénaire, la cosmologie dominante était le système géocentrique de Ptolémée :la Terre au centre entourée de sphères concentriques. Le modèle s'appuyait sur des épicycles et des équants complexes pour tenir compte du mouvement planétaire rétrograde, mais il avait du mal à expliquer les observations de manière cohérente.
L'astronome polonais Nicolas Copernic (1473-1543) a remis en question le statu quo dans De Revolutionibus Orbium Coelestium (1543). En plaçant le Soleil au centre, il réduisit le besoin d'épicycles, tout en supposant toujours des orbites parfaitement circulaires - un détail corrigé plus tard par les lois des ellipses de Kepler (1605).
Après que les Hollandais eurent inventé le télescope en 1608, Galilée construisit un instrument 30× qui ouvrait une nouvelle fenêtre sur le ciel. En 1610, il publia Siderius Nuncius , annonçant sa découverte de quatre lunes joviennes, une observation qui contredisait directement la perfection aristotélicienne des corps célestes.
Des études ultérieures ont révélé que la Lune possède des montagnes et que le Soleil présente des taches solaires sombres, deux phénomènes incompatibles avec l'idée de sphères célestes parfaites.
La preuve la plus décisive est peut-être venue des phases de Vénus. Galilée a observé que Vénus présentait un ensemble complet de phases semblables à celles de la Lune, un schéma qui ne pourrait se produire que si Vénus tournait autour du Soleil.
Suite à l’interdiction par l’Église de l’œuvre de Copernic en 1616, Galilée fut convoqué à Rome. En 1632, il publia un traité comparant les théories géocentriques et héliocentriques, menant à son procès devant l'Inquisition. À 70 ans, il s'est rétracté sous la menace d'être torturé et a passé le reste de sa vie assigné à résidence.
Malgré son confinement, les observations de Galilée perdurent. Le Vatican l’a finalement absous et la sonde Jovian de la NASA de 1989 a été baptisée Galileo. en son honneur.
Galilée a été le pionnier des expériences sur la vitesse de la lumière, bien qu'il ne les ait jamais achevées. Il a également inventé des appareils pratiques tels que la boussole moderne et un premier thermomètre à base de vapeur d'éthanol. Ses connaissances sur le mouvement des projectiles et l'accélération uniforme ont jeté les bases de la mécanique classique.
La vie de Galilée a été recoupée par de nombreux mythes et vérités :il a brièvement prononcé ses vœux sacerdotaux, a eu une conjointe de fait et trois enfants, et la célèbre histoire de la chute de la tour de Pise est désormais considérée comme un mythe plutôt que comme un fait documenté. Néanmoins, il est largement célébré comme le « père de la physique moderne » par des personnalités comme Albert Einstein.