一段時間後，華楓他們學習的地點換到了一個地下城內更大的場地，那似真似幻的場景讓華楓這樣見過大場面的人都沒來由的覺得驚訝。
在伽利略發現其他行星也有衛星，這一發現加深了人類對宇宙的理解。他親手製作的望遠鏡，進行細緻研究，開創了現代天文學。這些發現是運用望遠鏡進行的首次天文發現。
他注意觀察夜空中令人神往的天體，證實了地球不是宇宙中唯一有衛星的行星，還證明了尼古拉·哥白尼的“日心說”是正確的。
使用簡單的望遠鏡，依靠單獨研究，伽利略讓人們很好地認識了太陽系、星系和浩瀚的宇宙。他製作的望遠鏡使人們觀察到以前難以觀察到的太空景象，加深了人們對宇宙的理解。
1608年底，伽利略第一次見到望遠鏡，他很快意識到天文學家最需要的是高倍望遠鏡。1609年底，伽利略製造出一臺40倍的雙透鏡望遠鏡。這是科學研究中第一臺用於天文觀測的望遠鏡。
約翰尼斯·開普勒在一篇論文中描述行星運行軌道，這是伽利略相信波蘭天文學家尼古拉·哥白尼的“日心說”。相信“日心說”是很危險的，因爲相信“日心說”，喬納諾·布魯
諾被活活地燒死在火刑柱上。伽利略決定使用新望遠鏡，以更準確地繪製行星運行圖，證明哥白尼的“日心說”是正確的。
伽利略運用望遠鏡先觀測月亮。他清晰地看到月亮上高山和山谷凹凸起伏，參差不起的月亮邊緣看起來就向鋸齒刀切割得一樣。他所觀察到的月亮並不像亞里士多德和托勒密所說得那樣平滑。但是，實力強大的天主教會、歐洲的大學教師和科學家們都對亞里士多德和托勒密的理論深信不疑。
通過對月亮表面一夜的觀察，伽利略再次證明亞里士多德的理論是錯誤的。伽利略曾經證明自由落體運動定律，因爲這與亞里士多德的理論相悖，他被從教師職位上解僱。
伽利略觀測的下一個目標是最大的行星——木星，他計劃花幾個月的時間仔細繪製木星運行圖。通過望遠鏡，伽利略觀察到人類從未觀測到的太空，清晰地觀察到木星。令他吃驚的是，他發現幾顆衛星正在圍繞木星旋轉。亞里士多德曾經說過（所有的科學家都這樣認爲），宇宙中只有地球有衛星。在隨後的幾天裡，伽利略發現了木星的四顆衛星，它們是地球之外首次發現的衛星。他再次證明亞里士多德的理論是錯誤的。
然而，舊的觀念不會很快消逝。1616年，天主教會禁止伽利略教書，嚴禁他宣揚哥白尼的理論。很多教會的高級頭目拒絕使用望遠鏡觀察太空，聲稱這是魔術師的把戲，衛星只存在於望遠鏡中。
伽利略對教會的警告不屑一顧，最後被宗教審判所召回羅馬，飽受折磨。他被迫收回自己的觀點和發現，還被判處終身監禁。1640年，伽利略去世，去世前他除了說自己的發現是正確的外，沒有說任何別的話。1992年10月——伽利略被誤判376年後，羅馬教會才爲他平反昭雪，承認他的科學發現。
四個伽利略衛星的密度隨著同木星的距離的增大而減小﹐這與太陽系中各個行星的密度隨著同太陽的距離而變化的情況十分相似。太陽系中這種情況是由於以原始太陽作爲熱源蒸發那些較輕的和易於揮發的物質造成的。波拉克認爲同一過程也發生在木星及其衛星系統中﹐只不過是以原始木星作爲
熱源而已。目前木星輻射出的熱能爲它從太陽接收到的熱能的兩倍。而在木星誕生後的頭幾百萬年中﹐木星平均輻射的能量相當於現在太陽所輻射的能量的幾百分之一。
木衛一的表面覆蓋著易蒸發的鈉鹽（可能是通常鹽類的晶體）。木衛二﹑木衛三﹑木衛四的表面除了覆蓋著砂礫土壤和冰霜以外﹐也不同程度地覆蓋著鹽和硫磺。木衛一基本上是巖體結構﹔木衛二的巖體上覆蓋著一個水冰構成的殼。
根據木衛三和木衛四的密度﹐劉易斯認爲這兩個衛星中的巖石或硅礦物不超過15%﹐其餘大部分由冰凍的水﹑氨和甲烷構成。R.A.布朗1973年宣佈他在木衛一的發射譜中觀測到鈉氣體的譜線﹐以後其他觀測者也證實了木衛一存在鈉氣體等構成的大氣。
這種大氣在木衛一週圍空間中伸展很悌o遠遠超過其引力所能束縛的範圍。原來﹐木衛一表面覆蓋著揮發性鈉鹽﹐由於陽光加熱﹐鈉就蒸發出來﹐瀰漫在木衛一的運行軌道上﹐構成了一個環狀鈉雲。
“先驅者”10號空間探測器還觀測到﹐在木衛一軌道上有一個比鈉雲大得多的氫雲﹐在木衛一的向陽面存在一個廣大的電離層﹐後者的範圍足以同金星和火星的電離層相比。
木衛一由伽利略和Marius於1610年發現，是木星已知衛星中第五個發現的，並是其中第三大衛星，在伽利略發現的衛星中最靠近木星，它比地球的衛星月球稍大與外層太陽系的衛星不同，木衛一與木衛二的組成與類地行星類似，主要由熾熱的硅酸鹽巖石構成。最近從伽利略號上發回的數據表明，木衛一有一個半徑至少爲900千米的鐵質內核（可能混有含鐵硫化物）。
木衛一的表面與太陽系中其他星體孑然不同，這使得旅行者號的科學家在第一次接觸
時非常驚奇。他們原以爲在類地星體上應佈滿了受撞擊後留下的大大小小的環形山，然後以單位面積內留下的“彈坑”來估計星球外殼的年齡。但實際上木衛一的表面環形山太少，簡直屈指可數。這樣看來，該表面非常年輕。
除了環形山，旅行者1號發現了數百破火山口，其中的一些仍然活躍！羽毛狀的噴出物高達300千米，這些驚人的照片由伽利略號與旅行者號傳回。這可能是旅行者號任務中最重要的單一發現，這是類地星體內部熾熱與活動的第一份實際證明。這些物質看來是以硫或二氧化硫的形式從火山口中的噴出。火山爆發相當迅速，只是在旅行者1號和旅行者2號4個月中先後到達的時間裡，一些活動停止，另一些則又開始了。在噴口周圍的堆積物同樣有可見的變化。
最近從安放在夏威夷的Mauna Kea的NASA紅外線望遠鏡設備獲得的照片看來，木衛一有一次新的巨大的火山爆發。在Ra Patera地區的新情況已被哈博望遠鏡所看到。來自伽利略號的圖片也顯示了自旅行者號與其接觸後其表面的一些變化。這些觀察證明了木衛一的表面實在相當活躍。
木衛一有令人驚異的多種地形：有向下有數千米深的火山口，有熾熱的硫湖，有很明顯不過的非火山的連綿山脈，流淌著數百千米長的粘稠的液體（硫的某種形式），還有一些火山噴口。硫和其化合物的多種顏色使得木衛一表面的顏色多樣化。
對旅行者號的圖片分析使得科學家確信木衛一表面的熔巖流大多由熾熱的硫的化合物組成。然而，接下去的基於地表的研究表明對那裡溫度過高，不會有液態硫。一個當前彩的說法是，木衛一的熔巖流是由熾熱的硅酸鹽巖石組成的。最近的哈博望遠鏡的觀察表明那些物質中可能富含鈉，或者說那裡不同的地方物質有著不同的組成成份。它所有活動所需要的能量可能來自與它與木衛二，
木衛三及木星之間的交互引潮力。這三顆衛星的共動關係固定，木衛一的公轉週期是木衛二的兩倍，後者是木衛三的兩倍。雖然木衛一就像地球的衛星月球一般，只用固定的一面朝向其主星，由於木衛二與木衛三的作用使它有一點點不穩定。它使木衛一扭動、彎曲，大約有100米長（100的大潮！），並在復原扭曲的循環中產生能量。（月亮並不是由這種方式被地球加熱，因爲它缺少另一個星體擾亂它。）
木衛一同樣切割木星的磁場線，生成電流。對於引潮力而言由此產生的能量不多，但電流的功率仍有1兆瓦特。它也剝去了一些木衛一的物質，並在木星周圍產生強烈的凸起狀輻射。在凸出面中脫離的粒子部分地造成了木星的巨大磁層。來自伽利略號的最近數據顯示木衛一可能有自己的磁場，就像木衛三一樣。
木衛一有稀薄的大氣，由二氧化硫與其他氣體組成，木衛一上有許多火山。
不像其他伽利略發現的衛星，木衛一幾乎沒有水。這可能由於在太陽系進化過程的初期，木星太熱，使得木衛一附近的可揮發性物質被蒸發，而它又並非過熱而把所有水份榨乾。
木衛一附近之所以有氫雲、鈉雲，是因爲原子從衛星的弱引力場中逃逸，飄散到周圍空間，但又被木星的巨大引力場束縛住。原子雲就展布在“木星空間”，集中在發源地木衛一附近。至於電離層，則是由太陽紫外線電離木衛一的外層大氣中的原子造成的。
1979年3月，“旅行者”1號空間探測器發現木衛一的表面比較平坦，不像一般天體那樣有衆多的環形山。這個空間探測器還在木衛一上發現了至少有六座活火山，以每小時1.600公里的速度噴發著氣體和固體物質，噴出物高度可達450公里。火山活動區的直徑有的達200公里，火山噴發的強度比地球上大得多。
此外，木衛一還有一個紅色的極冠；當木衛一從木星影錐中鑽出來時，有長達15分鐘的亮度增強。射電天文學家還觀測到木星射電噪暴的強度同木衛一在軌道上的位置有密切聯繫。