第谷和克丽斯廷娜在瑞士的巴塞尔组建幸福家庭后，并没有沉溺在温馨欢乐之中，他知道，科学一向青睐那些勤奋钻研、善于思考的人们。
第谷在为哥本哈根的青年学生们演讲之后，曾顺道来到达卡塞尔，拜访很有名望的黑森伯爵。
黑森伯爵和丹麦王室关系深厚，同时他也是著名的天文学爱好者，听说第谷来访，他十分高兴，因为和著名的天文学家探讨宇宙问题一定会受益匪浅。
二人一见面，就像久别重逢的老朋友一样热烈拥抱，互致问候之后，话题很快就转入了天文学方面，他们讨论了太阳将近落山时的减速现象，这次讨论推动了第谷后来对大气折射效应的研究。
由于二人十分投缘，第谷在这里逗留了近10天的时间。在此期间，他们每晚都进行天文观测。然后，一边品尝着咖啡，一边谈论着各种天象问题。
第谷、勤奋钻研的学风给黑森伯爵留下了极为深刻的印象。
1575年底，第谷刚刚回到瑞士的家中，忽然收到一封丹麦国王弗里德里希二世的邀请函。信中建议第谷能回到自己的祖国，从事天文学研究，并将位于丹麦海峡中的汶岛赐予第谷。
这个从天而降的喜讯令第谷欣喜若狂，他做梦都没有想到能够得到国王的恩宠，更不会奢望自己能有一个研究天文学的场所，他拿着信函，一遍又一遍地念给妻子听，两个人都高兴地流下了热泪。
丹麦国王为什么要资助第谷呢？
原来，黑森伯爵认准了第谷一定会在天文学方面有更深的造诣。这样一个不可多得的人才留居国外太可惜了。丹麦有责任让第谷回归祖国，得到重用。因此，他多次上书弗里德里希二世，极力推荐第谷，而这时的国王也需要有一位高级星占学家，为他出谋划策，于是便有了那封令第谷激动万分的邀请函。
第谷接到信后，马上收拾行装，举家迁回丹麦。
在国王的大力资助下，第谷在汶岛很快建起了4个观象台、一个图书馆、一个实验室和一个印刷厂，人们习惯地称汶岛为“观天堡”。
在16世纪的科学家中，除了第谷，恐怕再也找不到第二个人能拥有如此高水平的科研基地了，第谷也十分珍惜眼前的一切，更加努力工作。
在汶岛，第谷不仅安装了当时最精良的观测仪器，而且，还自己设计制作了许多先进仪器。其中第谷最喜爱的是纪限仪。他在观象台上制造、安装了3架大型纪限仪，其中有一架全部用铜制成，这种仪器可以直接测得处于任意位置上的两个天体之间的角距离，极为便利。
为了进一步在观测时获得精确的读数，第谷又在窥管上引入附加的照准器。照准器虽然不是第谷的发明，但经过他的有效组合，提高了天文观测的精度，因而长期被后人所仿效。
在此期间，第谷在观测方法和观测理论方面有重大建树。
第谷第一次非常充分地认识到持续观测的重要性。从前的天文学家，虽然知道观测精度的重要，但他们往往只进行特定的少量观测，比如日食之类的特殊现象，或是为了计算某天体运行轨道所需的一组数据。
而第谷在汶岛建立观象台后，仅对太阳的观测记录就留下数千条，除了太阳之外，他还测量了777颗恒星的位置，留下了数千条的观测记录。
第谷在观测方面天分极高又极其勤奋，因而以擅长观测驰誉全欧，但他并没故意夸大观测的重要性。
他清楚地认识到，观测只是手段，是发展和丰富天文学理论的依据，观测如果不和一定的假说或理论相联系，那么观测将会失去它应有的意义。
第谷对天文学理论的探索，尽管与后来开普勒所取得的成就相比，显得黯然失色，但他一直苦苦追寻着，直到病魔突然夺去了他的生命。
第谷在天文学理论方面的一个重要成就要算对大气折射的研究。
由于大气的折射，使被测天体的视地平高度较实际上的大一些，第谷通过一系列观测与计算，寻找这种折射作用的规律，编制了一份大气折射改正表。
第谷编制这份改正表的贡献在于：他第一次测定了大气折射改正值，使对大气折射的研究走上了定量化的道路，也使得在观测时减少或避免大气折射带来的误差成为可能。
对于行星的运动，第谷一直保持着浓厚的兴趣，留下了大量极为精确的观测资料，使开普勒得以在此基础上创立了行星运动三定律。
第谷于1601年去世，距望远镜时代的到来只差8年的时间，有理由设想，如果第谷能多活8年的话，天文学的历史也许会变得更加动人心魄。
