哥白尼所宣布的是一个巨大的学说体系的轮廓，它在参加聚会的朋友中间引起了许多争论。哥白尼对许多疑问都作了解答。在结束辩论的时候，他引用了古罗马大诗人西塞罗的话：“没有什么东西赶得上宇宙的完整，赶得上德行的纯洁。”他用这句话表明了一具信念，那就是：宇宙是完整的、对称的、和谐的，是具有可以理解的规律和秩序的。《试论天体运行的假设》是哥白尼学说的第一块基石，但要在这块基石上建立起宏伟的理论大厦，还需要做许多准备工作。
1512年，务卡施病死，哥白尼离开了赫尔斯堡，迁居到教区大教堂所在寺的弗隆堡。弗隆堡濒临波罗的海，是个小小的渔港。哥白尼在弗隆堡定居以后，就买下城堡的一座箭楼。这座箭楼本来是作战用的，三角形的楼顶向前倾侧，几乎伸到围墙的外边。楼顶的最上层有三个窗口，那里是哥白尼的工作室。下面两层是卧房，各有一个射击用的枪眼。从最上层的窗口可以向四面八方观测天象。遇到楼顶妨碍观测的时候，外边的露台就成了他的观测台。他在这里一直住到去世。
这时，哥白尼已将他未来的着作取名为《运行》。在他看来，运动才是生命的真谛——运动存在于万物之中，上达天空，下至深海。没有什么东西是静止的，一切东西都在生长、变化、消失，千秋万代继续不停。《运行》这一着作，就是要揭示大自然这一最本质的秘密。哥白尼的这一观点，肯定了客观世界的存在和它的规律性，闪耀着朴素的唯物主义哲学的光辉。
哥白尼对地球的形状，曾多次作过间接的观测。早在1500年11月6日，他就在罗马近郊的一个高岗上观测月食，研究地球投射在月球表面的弧状阴影，从而证实了亚里士多德关于地球呈球状的论断。在定居弗隆堡时，他曾多次站在波罗的海岸边观察帆船。
有一次，哥白尼请求一艘帆船在桅顶绑上一个闪光的物体，他站在岸边看着这艘帆船慢慢驶运。他描写这次观察的情况说：“随着帆船的远去，那个闪光的物体逐渐降落，最后完全隐没，好像太阳下山一样。”这次观察使他得出一个结论：“就连海面也是圆形的。”
在阴湿多雾的波罗的海的岸边，逢到严寒的冬夜，天空没有云影，星星在蓝天闪烁着耀眼的寒光，哥白尼总是利用这种难得的机会，穿上皮袄，束紧风帽，把仪器搬到箭楼的露台上，进行通宵达旦的观测。他所用的仪器都是自己动手做的，一共有三种。测量行星距离的“三弧仪”，是用枞树杆削成的，用墨水划上刻度，照准器也是雕出来的。
测量月球和行星位置的“捕星器”，它是用六根树条绕成圆圈做成的。测定太阳中天时高度的“象限仪”，它是一块很大的正方形木板，右上角装着带刻度的木环，搁架上有个“水准仪”，其实只是一个盛了水的玻璃管。观测日食本来要在水里观测倒影，为了减少提水上箭楼的麻烦，他打破常规，改用一块带孔眼的护窗板把日影映到墙上。
哥白尼就是利用这些简陋的设备，在弗隆堡前后进行了有纪录可查的50多次观测，其中包括日食、月食、火星、金星、木星和土星的方位等等。这些观测在望远镜发明以前能做得那么精确，这是很不容易的，难怪后来许多杰出的天文学家都非常钦佩。1516年秋天，盘踞在波兰以北的十字骑士团，屡次进犯边境。教会借重哥白尼的声望和才学，派他担任俄尔斯丁教产总管，去对付大军压境的强敌。
就在那烽火连天的岁月里，哥白尼开始撰写他的不朽着作——《运行》。他在俄尔斯丁城堡的哨塔上布置了一个简单的观测台，并随身带去一些必要的资料。当时整部着作的内容已有个轮廓了，全书计划写成八卷（出版时是六卷）。第一卷已经动笔了，进展很慢，这是因为大敌当前，哥白尼必须全力以赴地对付敌人的挑衅和骚扰。
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