1500年，哥白尼由于经济困难，到罗马去担任数学教师。第二年夏天，哥白尼回国，后因取得教会的资助，秋天又到意大利的帕都亚学医。1503年，哥白尼在法腊罗大学取得教会法博士的学位。
这时，哥白尼还努力研读古代的典籍，目的是为“太阳中心学说”寻求参考资料。他几乎读遍了能够弄到手的各种文献。后来他写道：“我愈是在自己的工作中寻求帮助，就愈是把时间花在那些创立这门学科的人身上。我愿意把我的发现和他们的发现结成一个整体。”他在钻研古代典籍的时候，曾抄下这样一些大胆的见解：“天空、太阳、月亮、星星以及天上所有的东西都站着不动，除了地球以外，宇宙间没有什么东西在动。
地球以巨大的速度绕轴旋转，这就引起一种感觉，仿佛地球静止不动，而天空却在转动。”“大部分学者都认为地球静止不动，费罗窝斯和毕达哥拉斯却叫它围绕一堆火旋转。”“在行星的中心站着巨大而威严的太阳，它不但是时间的主宰，不但是地球的主宰，而且是群星和天空的主宰。”这些古代学者的卓越见解，在当时被认为是“离经叛道”的，对哥白尼来说，却好比是夜航中的灯塔，照亮了他前进的方向。1506年，哥白尼结束了在意大利十年留学的生活，动身回国。
哥白尼学说
在意大利期间，哥白尼就熟悉了希腊哲学家阿里斯塔克斯（公元前三世纪）的学说，确信地球和其他行星都围绕太阳运转这个日心说是正确的。他大约在40岁时开始在朋友中散发一份简短的手稿，初步阐述了他自己有关日心说的看法。哥白尼经过长2年的观察和计算终于完成了他的伟大着作《天体运行论》。
他在《天体运行论》（Derevolutionibusorbiumcoelestium）中观测计算所得数值的精确度是惊人的。例如，他得到恒星年的时间为365天6小时9分40秒，精确值约多30秒，误差只有百万分之一。他得到的月亮到地球的平均距离是地球半径的60.30倍，和60.27倍相比，误差只有万分之五。
1533年，60岁的哥白尼在罗马做了一系列的讲演，提出了他的学说的要点，并未遭到教皇的反对。但是他却害怕教会会反对，甚至在他的书完稿后，还是迟迟不敢发表。直到在他临近古稀之年才终于决定将它出版。1543年5月24日，垂危的哥白尼在病榻上才收到出版商从纽伦堡寄来的《天体运行论》样书，他只摸了摸书的封面，便与世长辞了！
哥白尼的学说是人类对宇宙认识的革命，它使人们的整个世界观都发生了重大变化。但是在估价哥白尼的影响时，还应该注意到，天文学的应用范围不如物理学、化学和生物学那样广泛。从理论上来讲，人们即使对哥白尼学说的知识和应用一窍不通，也会造出电视机、汽车和现代化学厂之类的东西，不应用法拉第、麦克斯韦、拉瓦锡和牛顿的学说则是不可想象的。
仅仅考虑哥白尼学说对技术的影响就会完全忽略它的真正意义。哥白尼的书对伽利略和开普勒的工作是一个不可缺少的序幕。他俩又成了牛顿的主要前辈。是这两者的发现才使牛顿有能力确定运动定律和万有引力定律。从历史的角度来看，《天体运行论》是当代天文学的起点──当然也是现代科学的起点。
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