Il faut citer enfin, parmi les recherches qui l'occupaient pendant cette période, l'étude des mouvements apparents de la lune. Quoiqu'elle nous présente toujours à peu près la même face, on peut observer, en y regardant de près, des variations et des oscillations importantes. C'est le phénomène de la libration, étudié depuis avec tant de soin et de succès par Hévelius et par Cassini ; mais Galilée, qui l'a signalé le premier, en a méconnu la portée et la véritable nature. Le phénomène se réduit, suivant lui, à ce que les astronomes nomment un effet de parallaxe, et il est dû à notre position variable par rapport au centre de la Terre. Suivant cette explication, la ligne droite qui joint le centre de la Terre à celui de la lune perce toujours la surface de la lune au même point, en sorte que, pour un observateur placé au centre de la Terre, il n'y aurait aucune oscillation apparente. Lorsque la lune est au zénith, nous la voyons précisément comme cet observateur fictif ; dans tout autre cas, elle se montre dans une direction différente, et ne tourne pas vers nous la même portion de sa surface. C'est là une explication réelle, mais insuffisante, et les travaux de Galilée n'en font pas apercevoir d'autre.
Partisan zélé de la doctrine de Copernic, Galilée la propageait incessamment par ses conversations et par sa correspondance. Les copies de ses lettres avaient circulé dans l'Italie entière et soulevé de puissants contradicteurs. « L'Écriture, disait-il, est toujours véritable, elle a toute autorité sur les questions de foi ; mais sa profondeur mystérieuse est souvent impénétrable à notre faible esprit, et l'on a grand tort d'y chercher des leçons de physique, qui n'y sont pas, ou qu'on ne peut comprendre. Si la vérité se trouve dans les livres sacrés, elle n'y est pas claire pour tous, et il faut se servir, pour l'y apercevoir, de l'intelligence et de la raison que Dieu nous a données. L'Esprit saint les a dictés, et il est très vrai qu'il ne trompe jamais ; mais lorsque nous interrogeons la nature, c'est lui aussi qui nous répond et nous enseigne. - Pourquoi d'ailleurs, disait encore Galilée à ses adversaires, refuser la discussion des faits ? - Si vous êtes les plus forts et les mieux fondés sur ces matières, quels avantages n'aurez-vous pas quand nous les étudierons ensemble ! Les ouvrages de Dieu ne se démentent pas les uns les autres, les contrariétés ne sont qu'apparentes ; il faut les concilier, car la science ne peut être un affaiblissement de la foi. »
Galilée lui-même prêche d'exemple ; certain d'être victorieux, il suit ses adversaires sur le terrain où ils s'enferment, et résout toutes leurs objections. Le miracle même de Josué ne l'étonne pas, et il trouve moyen de le tourner à son avantage. « Le Soleil, en s'arrêtant, aurait, dit-il, suivant le principe que l'on oppose, diminué et non augmenté la durée du jour. Quel est en effet le mouvement du Soleil ? C'est son déplacement annuel dans l'écliptique. La révolution qui fait succéder la nuit au jour est celle de la sphère étoilée qui entraîne, il est vrai, le Soleil, mais ne lui appartient pas en propre. Arrêter le Soleil, c'est donc l'empêcher de rétrograder dans l'écliptique sans suspendre pour cela son mouvement diurne, et, en obéissant à l'ordre de Josué, il aurait éclairé pendant quelques minutes de moins l'extermination des Amorrhéens. Il est écrit d'ailleurs que Josué arrêta le Soleil au milieu du ciel ; que doit-on entendre par là ? Qu'il était au méridien ? La quantité des travaux accomplis ne permet pas de le croire ; on approchait de la nuit, le Soleil était près de l'horizon. Si l'Écriture le place au milieu du Monde, c'est pour confirmer le système de Copernic, dont elle nous donne ainsi une preuve nouvelle. » Tout cela est dit avec le sérieux que la prudence commande ; lorsque l'ironie apparaît, elle s'adresse aux contradicteurs, jamais aux écrits sacrés, et l'on n'y trouve à aucun degré l'accent qu'en souvenir de Voltaire nous sommes involontairement tentés d'y mettre. Galilée, sa correspondance le fait assez paraître, tenait peu pour sa part à la lettre de l'Écriture ; mais, sans songer nullement à railler, il ne veut qu'acquérir le droit de propager librement sa doctrine.
Les théologiens cependant, loin de l'approuver, le poursuivaient du haut de leurs chaires d'une haine violente et aveugle. Un capucin, prêchant dans l'église de Sainte-Marie-Nouvelle à Florence, prit pour texte ces paroles de l'Évangile : Viri galilœi, quid statis adspicientes in cœlum ? Et, tonnant contre les curiosités vaines et superflues et les subtiles inventions des mathématiciens, il s'éleva avec raillerie contre l'orgueilleuse confiance qu'elles nourrissent. Quoique le chef de l'ordre lui fît des excuses pour cette insulte publique et se déclarât honteux d'avoir à répondre de toutes les sottises écloses dans le cerveau de trente ou quarante mille moines, Galilée n'était pas tranquille ; tout ce bruit présageait la tempête. Il croyait à une ligue organisée par des ennemis invisibles pour le décrier et lui nuire ; dans l'espoir de connaître leurs forces et de pénétrer leurs machinations, pour en déjouer les trames secrètes, il se rendit à Rome une seconde fois.

Les sentiments des princes de l'église étaient loin de lui être favorables. La doctrine du mouvement de la Terre, agitée dans les sacrés conseils, fut réprouvée solennellement et condamnée sans appel. Après avoir affermi ses convictions par le consentement unanime des théologiens les plus célèbres, Paul v décida, avec son autorité souveraine et infaillible, que l'opinion qui place le Soleil au centre du Monde est une erreur et une impiété. Soutenir que la Terre n'est pas placée au centre du Monde et qu'elle n'est pas immobile est aussi, suivant lui, une opinion fausse en elle-même et au moins erronée dans la foi. Une décision aussi formelle imposait silence aux contradicteurs ; il n'était plus permis de douter, bien moins encore de discuter et d'examiner une erreur devenue sacrée et inviolable. Galilée cependant, considérant la vérité comme la cause commune de tous les honnêtes gens, essaya de faire rapporter une sentence aussi absurde que tranchante. L'ambassadeur de Toscane, Guicciardini, engageait prudemment le grand-duc à tempérer un zèle inutile et à hâter le départ de l'ardent astronome. « Le pape, disait-il, est notoirement ennemi de la pensée comme de la science, on lui fait sa cour en se montrant ignorant, et le moment est mal choisi pour proclamer une idée philosophique. » Mais Galilée ne voulait rien entendre. Sans choisir ses adversaires et sans les craindre, il faisait dans les conversations et dans les cercles nombreux une propagande incessante et parfois efficace. Tout en réfutant avec patience les objections les plus ridicules, il regrettait, pour l'honneur de l'esprit humain, d'avoir à répondre sérieusement à toutes les extravagances qui retentissaient à ses oreilles. « Les animaux, lui disait-on gravement, ont des membres et des articulations pour se mouvoir; la Terre, qui n'en a pas, ne peut se mouvoir comme eux. A chaque planète, on le sait, est attaché un ange spécialement chargé de la conduire; mais pour la Terre, où pourrait habiter son conducteur ? À la surface ? On le verrait bien. Au centre ? C'est la demeure des démons. La course fatigue les animaux; si la Terre se déplaçait du rapide mouvement que l'on suppose, elle serait depuis longtemps fatiguée d'un si grand effort, et se reposerait. »