Особенно возбуждало негодование Ломоносова, что Эпинус, получив в свое распоряжение обсерваторию, наглухо закрыл в нее доступ немногочисленным русским астрономам, которые могли бы там совершенствоваться, в том числе Попову и Красильникову, «коим всегда был туда вход невозбранен при Делиле и Гришове». Ломоносов открыто говорил о незаслуженном возвышении Эпинуса, которого незадолго перед тем пригласили преподавать математику и физику наследнику престола: «Господин Епинус, когда еще был только физики профессор, крайне не радел о своей должности. А ныне уже и астроном и главный директор шляхетского кадетского корпуса, при том человек случайной». В докладной записке Разумовскому Ломоносов, признавая, что Эпинус — «изрядный физик», высказывает недоверие к его астрономической подготовке и утверждает, что Эпинус «по астрономии весьма мал в рассуждении практики». «Господин Епинус, — писал Ломоносов, — был года с два в Берлине, где ни единого нет доброго инструмента и почти один заржавелый квадрант, и Епинус не видал нигде хороших астрономических инструментов, как только здесь у Гришова».
Не доверяя Эпинусу, Ломоносов еще до отправления экспедиции решил сам определить моменты начала и окончания явления для различных долгот — Петербурга, Парижа, Лондона, Иркутска, Нерчинска и семи других пунктов, составив для этого «Показание пути Венерина по солнечной плоскости, каким образом покажется наблюдателям и смотрителям в разных частях света Майя 26 дня 1761 года».
«Причину сему показанию, — писал Ломоносов, — подал мне неисправный и недостаточный чертеж пути помянутыя планеты в напечатанном здесь известии… по которому не токмо любопытные смотрители, но и сами посылаемые в Сибирь обсерваторы в примечании вступления Венеры на солнечную плоскость и видимое движение оной могут обмануться. Ибо ожидая того не на том месте, где надлежит, могут пропустить самое оного мгновение». Ломоносов имел в виду составленную Эпинусом статью «Известия о наступающем прохождении Венеры между Солнцем и Землею», напечатанную в октябре 1760 года в академическом журнале «Сочинения и переводы, к пользе и увеселению служащие». Обнаружив в этой статье недопустимые погрешности, Ломоносов представил в Академию наук свои замечания.
Эпинус, считавший себя единственным знатоком оптики и астрономии в России, был очень раздражен «инсинуациями» Ломоносова, хотя и был вынужден признать в письме в Академию, что он «должен был отрешиться от астрономической точности и представить явление сообразно с пониманием тех, кто не был астрономом», а потому не поднимал вопроса о наклонении Венеры к эклиптике, что Ломоносов считал наиболее важным.
В ответ на это Ломоносов вполне резонно заметил, что Эпинус напрасно старается «загладить свои погрешности». Ломоносов особенно подчеркивает, что в России уже есть немало людей, достаточно осведомленных в астрономии, и что с ними не мешало бы считаться. «Неизвестно, кого почитает господин Епинус достойными обсерваторами, простой ли и неученый народ или тех, кои хотя не астрономы, однако ясно разумеют, что эклиптика, горизонт и пр., что в проекте изобразить надлежало. Ибо при Дворе, в Сенате, Коллегиях, а особливо в кадетских корпусах довольно разумеют первые основания Астрономии и немало оной преподают в школах». Ломоносов возмущен заносчивостью Эпинуса, которого он обвиняет в том, что он «презирает и несколько еще обижает» русских людей, приписывая им полнейшую неосведомленность в специальных науках. При этом Ломоносов скромно говорит и о себе: «в тех науках, в коих он упражняется, я не совсем неискусен, так чтобы ему рассуждение мое о его сочинениях презирать можно было».
Астрономические познания Ломоносова были весьма обширны, причем они, что необходимо отметить, сложились у него в России, на основе русских национальных потребностей. Интерес к «звездозаконию», издавна свойственный русским людям, был особенно силен в поморской среде. Уже во время плаваний с отцом по Белому морю Ломоносов приобрел привычку всматриваться в северное ночное небо. Первые сведения по мореходной астрономии из «Арифметики» Магницкого и популярные статьи в «Примечаниях к Ведомостям» укрепили его любознательность. В дальнейшем Ломоносов приобрел большую начитанность в специальной астрономической литературе. В его личной библиотеке было немало сочинений по астрономии: трактат Л. Эйлера о планетах, «Кометография» Гевелия, «Уранография» (большой звездный атлас в пятьдесят карт), о которой Ломоносов пометил: «очень хороша», и др. Напомним, что в 1744 году Ломоносов перевел изданное Академией наук описание явившейся кометы, а в 1753 году разработал оригинальную теорию кометных хвостов, связав ее со своими исследованиями по электричеству. Исследования советских ученых подтвердили гениальные догадки Ломоносова об электрической природе «бледного сияния» кометных хвостов.
Интересуясь вопросами астрономии, Ломоносов, разумеется, не ограничился книжным знакомством с предметом. Он с увлечением занимался сам наблюдениями над небесными светилами. Пользуясь при этом астрономическими приборами и зрительными трубами, он, естественно, не мог отнестись к ним пассивно и потратил много труда и изобретательности на их улучшение.
Приборы Ломоносова просты и остроумны. Он устраивает большую фотометрическую трубу для сравнения света звезд, или «фотометр», который следующим образом описывает в «Химических и оптических записках»: «В камеру выбеленную впускать свет солнечной сквозь разные дырки на бумагу, чтобы от ней во всю камеру свет распростирался, и мерить свет, читая такую печатную книгу, кою можно при одном сиянии звезд читать зимою. Апертуру (отверстие. — Л. М.)разделить на число звезд видимых, число покажет диаметр звезд».
При конструировании этого прибора Ломоносову, вероятно, вспомнилась знакомая ему со времен Спасских школ старинная книжка «Космотеорос» Гюйгенса, где изложен подобный же способ измерения диаметра неподвижных звезд. Однако, как было отмечено академиком С. И. Вавиловым, «в приборе Ломоносова введены улучшения по сравнению с Гюйгенсом».
Особенно настойчиво работал Ломоносов над усовершенствованием телескопов, рассматривая это как одну из важнейших задач практической оптики. Он тщательно изучает принятые и распространенные в его время зеркальные телескопы Ньютона и Грегори, считавшиеся настолько законченными и совершенными, что никому и в голову не приходило изменить их конструкцию. Однако Ломоносов никогда не думал, что «наука или какое-либо искусство достигли той степени совершенства, при которой нельзя ожидать более никаких новых успехов», а напротив, был твердо убежден, что «может еще усовершенствоваться и то, что почитается превосходнейшим». И его, разумеется, не мог остановить блеск и авторитет каких-либо иностранных имен. Он отлично видел, что конструкции телескопов Ньютона и Грегори отличаются серьезными недостатками, а мнимое совершенство их устройства всего лишь «запечатлено в умах их долгим употреблением и доверенностью к изобретателям». «Я всегда имел намерение, — указывал Ломоносов в подготовленной им в 1762 году «Речи об усовершенствовании зрительных труб», — дабы сии превосходные небесные орудия, коих изобретение принесло великую честь Невтону и Грегорию, не по доверию только были употребляемы, но через новые усовершенствования, из сокровищ оптики почерпаемые, лучше приспособления получали».
Рядом последовательных опытов Ломоносов установил и доказал, что наличие в этих телескопах небольшого дополнительного зеркальца только ухудшает видимость и что они «должны быть исправляемы более от излишества, нежели недостатка». Руководствуясь мыслью о необходимости убрать все лишнее, что составляет преграду свету, падающему на большое зеркало, Ломоносов устраняет дополнительное зеркальце и решительным образом изменяет всю конструкцию телескопа. Попутно Ломоносов изучает и различные другие вопросы, решение которых могло обеспечить улучшение работы любого оптического инструмента, устроенного с применением зеркал: о возможной точности изготовления вогнутых сферических зеркал, о том, насколько искажается изображение предмета зеркалом, «не всегда имеющим одинаковую округлость», о потерях света при отражении от зеркальной поверхности и пр.