Впервые прохождение Венеры по диску Солнца было предсказано Кеплером (для даты 7 декабря 1631 г.).Это редкое явление происходит, как известно, периодически, с промежутками времени в 105,5 года, 8 лет, 121,5 года, 8 лет, вновь 105,5 года и т. д.

В 1761 г., перед прохождением Венеры по диску Солнца, иностранные академии в ответ на свои запросы получили от Шумахера обещание помочь их экспедициям, но так как сама Академия якобы не располагает астрономами, то на помощь русских ученых нельзя рассчитывать. Ломоносов, возмущенный этим, поднял вопрос об организации русских экспедиций для наблюдения этого редкого астрономического явления.

Особый интерес русских и иностранных астрономов к прохождению Венеры по диску Солнца 26 мая 1761 г. был связан с новым методом определения солнечного параллакса (расстояния до Солнца), предложенным в 1691 г. английским астрономом Эдмондом Галлеем. Для этого метода было необходимо в нескольких достаточно удаленных друг от друга местах Земли с максимальной точностью определить промежуток времени от момента вступления Венеры на диск Солнца до последнего касания. Во время этого прохождения Венеры по диску Солнца наблюдения проводили более 100 астрономов в 40 с лишним пунктах. Это было первое крупное международное астрономическое начинание.

Академия наук обратилась в Правительствующий Сенат с просьбой разрешить снарядить в Сибирь, в места, наиболее благоприятные для наблюдения этого редкого астрономического явления, две экспедиции*). Ломоносов был приглашен 11 декабря 1760 г. на заседание Правительствующего Сената, где после его объяснений состоялось решение о посылке экспедиций в Иркутск под руководством профессора Н.И. Попова и в Селенгинск под руководством ученика Л. Эйлера адъюнкта С. Я. Румовского.

Неудовлетворенный предвычислениями, которые были опубликованы в "Сочинениях и переводах, к пользе и увеселению служащих" в статье Эпинуса "Известия о наступающем прохождении Венеры между Солнцем и Землей", Ломоносов выступил на заседании Конференции с возражениями, отмечая "погрешности" работы Эпинуса. Позднее он сам предпринял вычисления и составил "Показание пути Венерина по солнечной плоскости каким образом покажется наблюдателям и смотрителям в разных частях света майя 26 дня 1761 года". Ломоносов предполагал сам определить моменты начала и окончания явления для долготы Санкт-Петербурга, Парижа, Лондона, Берлина, Иркутска, Нерчинска, Пекина и еще пяти мест. По какой-то причине эта работа не была опубликована при жизни Ломоносова.

Вследствие плохой погоды наблюдения обеих экспедиций не удались. В Петербурге явление началось после 4 ч. утра и окончилось после 10 ч. А.Д. Красильников и Н.Г. Курганов наблюдали на обсерватории, М.В. Ломоносов наблюдал у себя дома.

На следующий же день (27 мая) Ломоносов начал писать статью "Явление Венеры на Солнце, наблюденное в Санктпетербургской императорской Академии наук майя 26 дня 1761 года", в которой, помимо собственных наблюдений, использовал журнал наблюдений А.Д. Красильникова и Н.Г. Курганова. В ней он наряду с подробным отчетом о "строгих астрономических наблюдениях" сообщает о том, что он "любопытствовал у себя больше для физических примечаний", наблюдая явление сквозь "весьма не густо копченое стекло" в небольшую трубу (длиною в 4,5 фута — 135 см) с сильным хроматизмом, дававшую хорошие изображения только около центра поля зрения.

Ломоносов "намерился только примечать начало и конец явления и на то употребить всю силу глаза; а в протчее время прохождения дать ему отдохновение".

Первым долгом Ломоносов отмечает неточность эфемериды Эпинуса - вступление Венеры на диск Солнца опоздало на 40 минут; затем следует знаменитое описание атмосферы Венеры. Ломоносов обратил внимание на то, что солнечный край как бы затуманился, когда Венера приблизилась к нему, и вторично несколько расплылся, когда, сойдя с диска, она удалялась от него,

"Ожидая вступления Венерина на солнце около сорока минут после предписанного в ефемеридах времени, увидел наконец, что солнечной край чаемого вступления стал неявственен и несколько будто стушован, а прежде был весьма чист и везде равен..." и дальше: "При выступлении Венеры из солнца, когда передней ее край стал приближаться к солнечному краю и был около десятой доли Венерина диаметра, тогда появился на краю солнца пупырь (см. рисунок ниже), который тем явственнее учинился, чем ближе Венера к выступлению приходила (см. fig. 3 и 4). LS значит край солнца; mm выпуклистое перед Венерою солнце. Вскоре оной пупырь потерялся, и Венера показалась вдруг без края (см. fig. 5); пп отрезок, хотя весьма малой, однако явственной. Полное выхождение, или последнее прикосновение Венеры заднего края к солнцу при самом выходе, было также с некоторым отрывом и с неясностью солнечного края".

Рисунки М.В. Ломоносова к описанию его наблюдений прохождения Венеры по диску Солнца 26 мая 1761 г.

Появление светового ободка вокруг диска Венеры, частично находящегося на диске Солнца, получило наименование "явления Ломоносова". Это результат преломления (рефракции) солнечных лучей в верхних слоях атмосферы Венеры.

Ломоносов объясняет это явление: "Сие — не что иное показывает, как преломление лучей солнечных в Венериной атмосфере..."

Наблюдение этого ободка привело М.В. Ломоносова к заключению о существовании на Венере значительной атмосферы: "По сим примечаниям господин советник Ломоносов рассуждает, что планета Венера окружена знатной воздушной атмосферой, таковой (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного". Хотя многие наблюдали, — как отмечает сам Ломоносов, — лишь он один дал ему правильное токование. Оно позволило о сходстве Венеры с нашей Землёй.

Открытие атмосферы на Венере имело большое значение для защитников позиции коперниканства в России.

Несмотря на то, что отчёт об открытии атмосферы был опубликован в том же 1761 г. на немецком и русском языках, лишь спустя 30 лет европейские учёные (Гершель и немецкий астроном Шретер) убедились в существовании атмосферы, обнаружив удлинение рогов видимого серпа планеты.

*) Еще одна экспедиция была направлена в Тобольск, где наблюдателем был французский астроном Ж. Шапп д'Отерош. О своих наблюдениях он сделал доклад в Петербургской Академии наук 8 января 1762 г.