大公爵赠给伽利略一些礼物，但并没有永久聘书。伽利略随后也陆续去过几次佛罗伦萨王宫，每次，都受到很好的接待。王宫官员告诉他，目前大公爵正忙着替儿子安排婚事，只要等他稍为空闲一点，绝不会让这样一位出色的学者留在帕多瓦。伽利略含笑着谢谢他的好意，心中已决定不再急于进行这桩宫廷任命的事情。他想，假如他不急着回佛罗伦萨，将来职位可能会更好些。
不久，伽利略就把思乡病搁在一边了，他的家务事使他忙得透不过气来。原来，他和玛丽娜的同居生活逐渐不稳定了，经过那么多年的时间，三个儿女已经逐渐长大，伽利略去多斯卡尼王宫访问，以及他平日与达官显要、学者名流的往来，并不会带给玛丽娜丝毫快乐。
玛丽娜当年来到帕多瓦，这年轻的教授虽然负债，在大学圈子里的地位也不很稳定，但她感觉到，和他住在一起，十分有安全感。她虽然没有读过很多书，但她预测到他将会很成功。她如今敏感地觉得，伽利略的成就愈大，愈会把她丢在一边。他已不再爱她，也不再能满足她现在所需的安全感，即使把他们同居的关系公开为正式婚姻也于事无补。
她宣称：“我已习惯在帕多瓦的身份地位，他绝不会以妻子的身份带我去宫廷。我现在马上就要迈入年老色衰的年纪了，万一他抛弃我，我该怎么办？”
她担心着未来的安全，终于乐意答应一位和她年龄相同的威尼斯男人巴鲁兹的求婚。
玛丽娜把这一计划告诉伽利略后，伽利略质问她道：“那我们的孩子怎么办？”
“我们可以把佛琴和丽薇送到修道院住宿。再过一两年便可替她们安排婚姻大事了。如果她们内心感觉上帝要召唤她们去做教会工作，她们可以去当修女。”玛丽娜说道。
“小男孩文辛呢？”
“他还小，需要我在威尼斯照料。他继父答应过会好好待他。同时，只要你有时间，他也可常常去看你。当然，”她很快地加上这句话，“你要定期寄钱给我抚养他。”
“那是当然的。”伽利略同意。他说得颇愉快，但心中很舍不得和他喜爱的孩子们分开。然而，他仍然感到如释重负，孩子们的抚养费和住修道院的费用远比玛丽娜持家管理的费用要少。也许，从现在开始，他可以把债务完全还清，而且可以有些积蓄了。
小男孩随着母亲和继父住在威尼斯，两个女儿住进修道院后，伽利略重新回到他的研究天地里。当他正热衷于教授与研究两项工作时，1609年，他得到来自荷兰的一桩令人诧异的大好消息。
几个月前，米德堡一个光学技工李柏舍，曾参与一桩天文学界有史以来最伟大的发明。当他正在专心打磨镜片之时，突然听到相邻工作室的一个学徒坐在窗台上发出惊奇的叫声。
“发生了什么事情呀？”他问道。
那孩子激动地嗫嚅着说：“师傅，我刚才正遵照您的吩咐打磨这些镜片……”
李柏舍蹙眉追问：“这就是你像一个粗人那样尖叫的理由吗？”
“师傅，当我把两个镜片对着光，要检查它们是不是擦亮得符合您要求的程度时，我看到--您绝不会相信我从这镜片中望过去所看到的！”
“你如果再把这些镜片混在一起，你这说谎的无赖，小心我给你一顿鞭打！”脾气粗暴的李柏舍说过后，转身要走。小徒弟虽然很害怕，却也很坚定地走向工作台前，继续说道：“请您不要生气，我敢手按圣经发誓，我刚才从窗外看出去，我看到了那钟楼。”
“除了瞎子以外，任何人都看得见。”
这小学徒又说：“看到的东西是上下颠倒的。我看到两只鹳鸟站在市政府烟囱附近的窝里。”
“你是不是偷喝了我的杜松子酒？敢这样不诚实地向我撒谎！”
师傅伸手拿出木棍就要往前挥打，小学徒急忙躲向窗边。
他恳求师傅说：“您亲自来看一下，这些镜片把那些东西拉得好近！如果我说谎，会不得好死。”
“你不是喝醉了就是说谎。”李柏舍边说边走近那孩子，将两个镜片接过来。经过长久的观望，李柏舍将镜片仔细地按定在窗沿木板上，然后把它收拾好放在工作服口袋中，双手揉擦着眼睛。
他喃喃低语着：“假如这是巫术，为什么我们两个人都同时着迷？你暂时不要向任何人说起这件事，听到吗？继续工作，保持肃静，让我来把这东西仔细研究一下。”
这位制镜技师心中忖度着。当他把这两块镜片距离拿近些时，看到的房屋不但靠近了些，而且也把那平日肉眼只能看到一小点的鹳鸟放大了。虽然那鸟站立的方向颠倒，却看得十分清楚。他把镜片从口袋中取出来研究。
“原来一片是凹透镜，一片是凸透镜。如此说来，我再用两片，一凹透，一凸透，用同样方法再试试看。”他恍然大悟地说道。
师傅和学徒两人轮流从镜片中观看。两人都同样地激动，都看到第三只鹳鸟，也看到塔顶上更细小的风向标。李柏舍严肃地握住满脸愕然的学徒的双手，向他说允许他休半天假，并给他一点钱，让他到附近村镇上去玩半天。
李柏舍在几小时后完成了镜筒装制，筒管的两端装上一个镜片，并把它安置在他工作房的窗上吸引顾客。好奇的顾客买了这“神奇镜筒”回去当做玩具。李柏舍送给摩利士伯爵一件，摩利士公爵把这新仪器在军事顾问面前展示，问他们这种单管望远镜是否可用作侦察远处敌军在陆上及海上或战场上的军事行动？
伽利略后来在他那本引起议论的《星辰信使》中写道：“大概10个月以前，我听到来自国外的一项报导，说有一个荷兰人做成一副望远镜，能将很远距离的物体，直接看到，物体就像在眼前，并说已有事实证明它的性能。部分人认为这消息是可信的，部分人认为与事实不符…我接到一封从巴黎来的信说这消息已经得到证实…这使我最先想放弃研究望远镜的原理，后来，我却想起我或许可以自行发明一种相同性质的仪器。经我仔细研究光的反射原理后，我成功了。我首先用铅质做成导管，在管的两端各装上一侧平、一侧凹镜片。我从镜筒中凹透镜一端望去，可清晰地看到物体变近、变大，和肉眼相比，类似于把物体拿近1/3的距离和放大了9倍。很快地，我又做成一架，可把物体放大60倍以上。其后，我继续成功地制作出能将物体放大千倍的仪器，距离可达肉眼能见的30倍远。”
伽利略在仪器上增加了第三镜片，使看到的物体不再倒立。他的第四个望远镜用于向上看。第五个完成时，他家中访客络绎不绝，贵族、学生、农场工人、大学教授等均等候试看。持怀疑论的人至此无法不相信他们自己的眼睛了。望远镜不会说谎，不会骗人。
伽利略在致友人信中谦虚地说：“我对上帝致最虔敬的谢意，他让我成为第一个观察神奇事物的人。”
但他也难免在他那位为了嫁妆问题弄得不欢的、吝啬的妹夫面前自夸了一番：“到达威尼斯时，我已做成了这种仪器。6天前，我被召进皇宫，皇上命令已将那仪器在惊奇的全体元老面前展示。部分贵族，虽然年事已高，仍愿爬上教堂高楼以便观览远海上的帆船。用这种仪器观察到时，这些船只，至少需2小时以后才能进港…陛下深知这种仪器的效用，在军事上、航海上，极需保留一架……我当时决定赠送…我被挽留在元老院中逗留了些时间。检察长普里阿里，也是帕多瓦首长之一，我俩握手言欢后，他知道我在帕多瓦大学服务17年，今日又呈赠望远镜给皇上陛下，说已奉令推举我为帕多瓦大学终身教授一职，每年支薪1000金币。由于我在佛罗伦萨原任期只有一年即满，新的薪给从即日开始。”
伽利略微笑着给妈妈讲述这大好消息。他听到妈妈夸赞他说：“假如你可怜的父亲能活到今天，看见你这成就，那该多好！”可怜的妈妈，寂寞而辛苦。现在他可以买一件真正值钱的礼物让她高兴高兴了。
他不希望他的望远镜只用在军事上。他第一次听到李柏舍的奇妙“玩具”时，内心便挑起发明的欲望。他能否重新制造，不，是改良这一个他还不曾见到的机械呢？当他打磨他的镜片时，他试着做各种排列，一会儿这样，一会儿那样，并在问自己：“除了帮助眼睛看远处的船只外，我难道不可以将这望远镜转向天空？”他开始计划他最后、最强力的镜片，用此来开展天文世界的探索与研究。