Имеются сведения, что в этой обсерватории, кроме астрономических зрительных труб, Брюсом были размещены измерительные инструменты — секторы и квадранты — для определения времени по звездам Большой и Малой Медведицы. Здесь же был помещен привезенный в Москву из Голландии еще при жизни Алексея Михайловича большой звездный глобус диаметром 2 метра 13 сантиметров, работы наследников известного голландского географа Жуильяма Блеу.
Переписка нашего ученого героя с Петром содержит немало сведений об астрономических работах Брюса.
На письмо Петра, адресованное Брюсу в начале 1699 года и касавшееся вопроса о способах наблюдения солнечных затмений, последний отвечал царю 22 марта того же года: «…когда изволишь потемнение солнца примечать, тогда изволь избрать избу, в которой бы можно окны все закрыть, чтоб свету в ней ничего не было. Такожды надобна трубка зрительная, которую в яблоко деревянное вкрепить, а яблоко и с трубкою вставить надобно в затвор оконечной, таким подобием, чтоб можно трубку на все стороны поворотить, на ту стать, как у астролябиума яблочко медное поворачивается.
Сие изготовивши, надобно чрез ту трубку зрительную округ солнечный на разных бумажках начертить, чтоб в разные времена величество потемнения ведомо было. Так же и диаметр солнушной прочертить надобно, а диаметр для того начертить, когда изволишь начать примечать, тогда изволь нитку провесную пред бумажкою повесить, и надобно так унаравливать, чтоб всегда стень от оной привесной нитки на диаметре солнечном была; наипаче всего как трубку и привесную нитку приправить, изволишь в образце разсмотреть».
29 июля 1699 года Брюс посылает Петру письмо с описанием инструмента для определения высоты Полярной звезды.
«…послал я, — пишет он в этом письме царю, — надеяся, что будет угодно тебе, милостивейшему государю, вещь такую, которая зело надобна человеку, который в езде пребывает, как сыскать полус гогде (или элевацию поли) без всякого вычету и не ведая деклинации солнца и не имея инструментов, кроме циркула и линеала, а как сие сыскать, и тому яе чертеж и описание сделал, како изволишь видеть на бумагах, которыя в сей грамотке положены, и зело мне печально будет, ежели недовольно внятно к вразумлению тебе, государю, написал. Возможно сим подобием не токмо полуденную черту и элевацию поли или деклинацию солнца того дня, також в котором часу та обсервация была сыскать; да для того и написал, что гораздо много линей случиться и трудно будет разбирать…»
20 июля 1704 года в районе Нарвы Петр наблюдал полет болида. Имеются сведения о том, что, находясь в указанное время под Нарвой, наблюдал этот болид также и Брюс, причем его наблюдения, в отличие от петровских, носили уже чисто научный характер.
12 сентября 1706 года царь пишет письмо, в котором обращается к Брюсу с просьбой выслать ему чертеж инструмента для определения высоты Полярной звезды. На это Я. В. Брюс 28 ноября отвечал следующее: «Ваше величество изволите писать ко мне, чтоб учиня чертеж оному инструменту, о котором я доносил, им же возможно возвышение полюса и время в ночи сыскать, и прислать бы к вашему величеству. И я не токмо начертания, но и пространнаго описания не имею оному (понеже ныне никаких почитай книг при себе не имею). Того ради не могу при нынешнем случае ни явственным начертанием, ни ясным описанием вашему величеству услужить. Только ж, колико могу, о том памятно: состоит оный инструмент в трубке зрительной, длиною футов 16 или больши, имеющая в себе два стекла — одно обычайное, другое близко в четверо больши обычайного — и не мню я, чтоб кто на Москве такое стекло, како надлежит, сделать мог. Сверх того, надобно два кольца, подобные английским солнечным часам, чтоб одно в другое вложить и поворотить возможно было, величеством с величайшее стекло. Надлежит оныя два кольца разделить одно в месяцы и числы, а другое на 24 часа, и утвердить в вышеписанной трубке в той точке, где лучи обоих стекол сходятся. А как иную точку сыскивать невозможно вкратце описать, ибо много иных окрестностей из науки зрительной описать надлежит. Також надобно ко оной трубке на градусы разделенный квадрант приделать. Однакож гораздо о сем мысля, вздумал я сделать для таково дела инструмент без трубки зрительной, которым також вышеписанныя дела (хотя не таково, как с трубкою, однакож с довольным тщательством), надеюсь, что сыщутся. И начал я уже оный из дерева делать, только ж не могу онаго к совершенству привести, понеже не имели в долгом времени светлыя ночи, чтоб возможно тот инструмент опробовать, а как в совершенству придет, и я оный к вашему величеству немедленно пришлю. За сим остаюся вашего величества, моего всемилостивейшего государя, покорнейшим и нижайшим рабом Яков Брюс». Насколько глубоко понимал все тонкости описываемого в этих письмах адресат — Петр, — сказать трудно, что же касается их автора, Брюса, то, судя по тому, с какой точностью он описывал в них свои трубки, «штуки» и прочие устройства, предназначавшиеся для выполнения тех или иных астрономических работ, можно безошибочно сказать, что его знания методов и средств наблюдательной астрономии были исключительно высокими.
Все эти отрывочные данные полного представления о характере и объеме выполненных Брюсом астрономических наблюдений, конечно, не дают. Однако по ним уже можно предполагать, что объем его работ был достаточно обширен.
То, что выполнявшиеся Брюсом уже в первые годы его занятий астрономией наблюдения были серьезны и заслуживали большого внимания, подтверждает такой факт.
В 1803 году французский астроном Жозеф Жером Лаланд опубликовал широко известную в свое время «Историю астрономии». Излагая в последней хронику событий в наблюдательной астрономии с древнейших времен до конца XVIII века, он в записи, стоящей под 1700 годом, указал, что в этом году «Брюс производил некоторые наблюдения в Санкт-Петербурге». Какие именно наблюдения Брюса имелись при этом в виду — неизвестно. Однако если бы они не имели научного значения, то вряд ли он стал бы включать их в свою летопись, где им отмечалось лишь то, что действительно представляло интерес для истории астрономии.
В 1713 году, построив «на Литейной стороне» «палаты», Брюс переселился в Санкт-Петербург.
Оказавшись в новой столице, он по-прежнему систематически вел свои астрономические наблюдения. Полного их перечня до нас не дошло, однако имеется ряд фактов, свидетельствующих об этом.
Сохранилось письмо Брюса Петру I от 15 апреля 1716 года, из которого видно, что 9 апреля этого года он наблюдал полет над Петербургом болида, подобного виденному им в 1704 году под Нарвой.
«Еще же какое явление было, — писал он в этом письме царю, — посылаю вашему величеству при сем чертеж».
На приложенном к письму чертеже, представлявшем собой небольшой листок бумаги, была изображена идущая сверху вниз зигзагообразная линия и под ней надпись: «1716 г. Апреля 9 числа в осьмом часу по полудни явилась при Санктпитербурхе на небеси между норда и норд-веста таковая фигура, цветом молнейным и была видна более получаса. Сия фигура произошла из-за облака снизу вверх, почитай таковым же обычаем как метеора 1704 года, которая при Нарвской осаде была».
Исключительно интересная работа Брюса астрономического характера описывается в его письме Петру от 18 июня 1716 года.
«…я в солнце пятна усмотрел, — писал он в этом письме царю, — однакож опасался в таких многодельных временах вашему величеству так малым делом докучать. Токмо ж, памятуя любопытство и особливое тщание вашего величества в вещах, не часто случающихся, дерзнул ныне донести, что оных много в солнце является и возможно оных гораздо внятно трубою зрительною футов в 12 видеть, егда ближайшее стекло к глазу умеренно покоптится, возможно ж оныя и в 4 фута длиною трубкою видите; однакож гораздо мелко. Я надеюся, что ваше величество, конечно, оныя может увидеть, ежели да изволите кому ни есть приказать по вся дни, недели две смотреть дважды или трижды в день, понеже иногда в нем ничего не видеть, когда солнце, поворачивался на оси своей, от вида нашего оные пятна отворотит. А обращается оное на оси своей в 26 1/4 дней. И понеже сие, колико мне известно, уже с 30 лет не видно было, и я от роду своего впервые увидел, того ради не мог удержаться, не донеся о сем вашему величеству».