Dopo i deludenti anni pisani, i diciotto trascorsi a Padova rappresentarono per Galileo una svolta sia sul piano professionale che su quello della vita privata, anche se non risolsero i suoi problemi economici, aggravati, dopo la morte del padre nel 1591, dall'obbligo di dover assolvere al mantenimento di una famiglia ingombrante. Aveva ottenuto la cattedra di matematica presso lo Studio, sempre grazie alle conoscenze di Guidobaldo del Monte, e dedicò molto tempo anche all'insegnamento privato, creandosi una cerchia di allievi, con molti dei quali avrebbe mantenuto rapporti amichevoli e duraturi. Le università di Pisa e Padova, grosso modo, si equivalevano e i professori erano spesso gli stessi. Migravano da uno Studio all'altro, trascinandosi dietro il bagaglio di fisica peripatetica che, in Toscana come in Veneto, era arduo liberare da tutte le metafisiche annesse e connesse. Ma, fuori dalle mura accademiche, il fermento culturale e la presenza di importanti esponenti del mondo intellettuale dell'epoca facevano della città veneta un centro di studi e scambi che nulla aveva a che vedere con l'ambiente pisano, asfittico e provinciale. Galileo era membro attivo di accademie e circoli culturali, non solo padovani, ma anche veneziani, all'interno dei quali era venuto in contatto con notabili, scienziati e letterati, come Paolo Sarpi o Giovanfrancesco Sagredo, col quale aveva stabilito un legame tale da volerlo in seguito immortalare come uno degli interlocutori del Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo e dei Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze. Aveva inoltre stretto una relazione sentimentale con Marina Gamba, veneziana, dalla quale aveva avuto tre figli, Virginia, Livia e Vincenzo, senza però contrarre con la donna regolare matrimonio.

 

Richieste occasionali di pareri riguardanti la meccanica applicata lo avevano portato a doversi giocoforza occupare dell'aspetto teorico della disciplina, diventata anche argomento di un corso universitario sulle Quaestiones mechanicae dello pseudo-Aristotele. Galileo raccolse il frutto dei suoi studi ne Le mecaniche, un trattato scritto, in varie redazioni, presumibilmente fra il 1593 e il 1602, circolante però manoscritto fino alla sua pubblicazione postuma nel 1649, nel quale aveva approfondito le conoscenze acquisite nel periodo pisano. Basandosi sul funzionamento di macchine come la puleggia, l'argano, la stadera e la leva, aveva formulato le definizioni di gravità, di momento dei gravi e di centro di gravità, ponendo le fondamenta della sua opera fisico-meccanica. E mentre Aristotele era argomento delle sue lezioni pubbliche, le sue Mecaniche costituivano il contenuto delle lezioni private, insieme a nozioni di arte della guerra, a testimonianza delle quali ci restano una Breve instruzione all'architettura militare e un Trattato di fortificazione. A parte gli argomenti legati all'insegnamento, i fenomeni del moto continuavano ad essere al centro dei suoi interessi. Nonostante avesse rinunciato a scrivere un trattato, come pur aveva annunciato, Galileo aveva progredito verso la formulazione della legge dell'isocronismo delle oscillazioni del pendolo, e, soprattutto, della legge di caduta dei gravi, anche grazie all'ausilio di strumenti da lui stesso costruiti, come il piano inclinato. Il lavoro di questo periodo gli sarà prezioso in futuro, quando in tarda età tenterà una sistemazione delle conoscenze acquisite sul cosiddetto moto locale. Ma già in questi anni, sebbene tutto fosse ancora a uno stadio embrionale, scricchiolava pericolosamente l'idea di una Terra conficcata al centro dell'universo cui tendono tutti i corpi in caduta.

 

I doveri legati all'insegnamento, poi, lo costrinsero a tenere corsi di cosmografia nei quali si sostenevano le ragioni del sistema tolemaico. Testimonianza ne è un Trattato della sfera ovvero cosmografia (anch'esso pubblicato postumo nel 1656), che costituisce il testo scolastico del quale Galileo si serviva per preparare gli allievi in questa materia. Eppure due lettere, una a Iacopo Mazzoni e una a Keplero, entrambe del 1597, attestano inequivocabilmente come già in questo periodo Galileo considerasse «l'opinione de i Pitagorici e del Copernico... assai più probabile dell'altra di Aristotile e di Tolomeo» e lo dichiarasse apertamente negli scambi epistolari con i colleghi europei, pur non facendone ancora pubblica professione. Probabilmente la discussione nei circoli culturali veneti, all'interno di un tessuto, si direbbe oggi, all'avanguardia, aveva contribuito a mettere definitivamente a fuoco un'ipotesi già embrionale nelle ricerche sul moto, dove si adombrava l'idea che la caduta dei gravi avvenisse verso un centro della Terra, che non corrispondeva necessariamente all'aristotelico centro dell'universo, ma era uno dei tanti centri possibili, secondo l'ipotesi copernicana.

 

Qualche anno più tardi, nel 1604, in occasione della comparsa di una supernova, Galileo, considerandola «bensì uno splendore» che appare e scompare, ma, nonostante l'aspetto, non «una stella come son le altre», avrà occasione di approfondire le ragioni del sistema copernicano contro l'idea aristotelica dell'incorruttibilità dei cieli, in base alla quale non era ammissibile che «la maggior parte delle comete et tutte le simili stelle si generassero nel cielo stellato». Al manifestarsi del fenomeno seguì un vivace dibattito, e nel Dialogo de Cecco di Ronchitti da Bruzene in perpuosito della stella nuova, scritto sotto pseudonimo dal monaco benedettino Girolamo Spinelli, c'è presumibilmente anche la mano di Galileo. L'aspra polemica sulla natura della nova gli diede un primo assaggio di quella «certa animosità in detrarre, defraudare, vilipendere» della quale sarebbe stato più volte oggetto nel corso della sua vita e si sarebbe trovato presto a dover fronteggiare intrighi e manovre striscianti, mai arrendevole di fronte a «false imposture..., fraudolenti inganni e... temerari usurpamenti».

 

L'insegnamento, infatti, non fu l'unica attività cui Galileo si dedicò a Padova, avendo proseguito i suoi studi teorici e lavorato indefessamente alla loro applicazione pratica, al punto di allestire in casa una vera e propria officina affidata al meccanico Marcantonio Mazzoleni. Nel laboratorio casalingo si sperimentarono strumenti di diversa natura. Più d'una volta congegni analoghi spuntarono come funghi negli studi di altri scienziati (o sedicenti tali), suscitando le ire di Galileo che ne rivendicava la paternità. È il caso del termoscopio (un termometro embrionale), realizzato dal medico istriano (ma trapiantato a Padova) Santorre Santorio, e, ancor peggio, del compasso geometrico e militare, millantato come proprio da Baldassarre Capra (personaggio sinistro che già in occasione della comparsa della nova del 1604 aveva dato pessima prova di sé) nel suo Usus et fabrica circini cuiusdam proportionis, che risultò essere né più né meno che un plagio in lingua latina, oltretutto pieno di errori, delle galileiane Operazioni del compasso geometrico e militare pubblicate nel 1606. Galileo, furibondo, «soprapreso da stupore, da sdegno e da travaglio insieme», fu costretto a rivolgersi ai Riformatori dello Studio di Padova, i quali intimarono al Capra di distruggere ogni esemplare del suo libro, ed a stampare e diffondere una Difesa contro alle calunnie et imposture di Baldesar Capra, poiché alcune copie, disperse all'estero, non si poterono più reperire e restarono in circolazione.

 

«Li diciotto anni migliori di tutta la mia età»: Galileo rievocherà così la sua stagione padovana. A Padova aveva seminato tutto quanto avrebbe raccolto in futuro, spaziando dalla statica, alla dinamica, alla meccanica, alla cosmologia, agevolato da quella «Repubblica… splendida e generosa», che, pur obbligandolo a «satisfare al pubblico», cioè a insegnare, «per cavar utile dal pubblico», lo lasciava libero di indagare qualsiasi campo gli pungesse vaghezza di approfondire. E fu proprio la Serenissima a tirarlo fuori dai primi guai giudiziari, impedendo che fosse dato credito o séguito alle delazioni di un ex dipendente che, avendolo «veduto in camara sua fare diverse natività per diverse persone», lo denunciò alla locale Inquisizione, in quanto dedito alle pratiche astrologiche.

 

Ma nonostante i nuovi legami stretti in Veneto, Galileo aveva sempre mantenuto rapporti con Firenze, dove la madre, sopravvissuta al padre, aveva continuato a vivere, probabilmente insieme alla sorella Virginia e al di lei marito Benedetto Landucci, in una zona vicina alla chiesa del Carmine, destinata a diventare il suo luogo di sepoltura. Tutte le estati era tornato in Toscana e dal 1605 aveva cominciato ad insegnare matematica al principe Cosimo de' Medici, per volere della Granduchessa Cristina di Lorena. Galileo fu ospite della Corte nella villa di Pratolino nel 1605 (soggiorno che lo «fermò in letto con una terzana») e nella villa di Artimino nel 1608. E le lettere scambiate regolarmente con personaggi di spicco, come il Segretario di Stato del Granducato di Toscana Belisario Vinta, dimostrano come i suoi rapporti con la Corte non fossero sporadici o occasionali. Il terreno era favorevole per un rientro definitivo in patria.