Однако серьезные шаги в изучении и практическом применении астрономических знаний им были сделаны в 1698 году во время Великого посольства.

В ходе пребывания в Голландии Петр I решает поехать в Англию для приобретения навыков строительства кораблей с использованием чертежей и технической документации. С этой целью он вызывает Брюса из Москвы. 6 января 1698 года группа из шестнадцати человек во главе с Петром выехала в Англию. Брюс в составе этой группы имел особый план работы, согласованный с царем. Помимо всего, запланированного Петром, он и Брюс посещают монетный двор в Тауэре, которым руководил в те годы И. Ньютон, проводя денежную реформу в Англии.

В этот период И. Ньютон и Э. Галлей активно занимаются совершенствованием рефлекторных телескопов, работавших на системе отражательных зеркал. Создатель Пулковской обсерватории В. Я. Струве (1793–1864) назвал деятельность английских ученых «основой наших астрономических знаний». Пик расцвета этой деятельности пришелся именно на конец 1690-х годов. «При этом посчастливилось присутствовать Брюсу», — сообщает исследователь В. Л. Ченакал.

После отбытия Петра на континент в апреле 1698 года Я. В. Брюс «с особыми полномочиями» был оставлен в Англии до конца года. Он работает несколько месяцев в лаборатории Ньютона, выступает с докладами на заседаниях научного Королевского общества Англии от имени коллектива ученых. Сотрудничает с руководителем Гринвичской обсерватории Дж. Флэмстидом. Фактически в конце 1698 года Брюс возвращается в Россию в качестве первого российского ученого-энциклопедиста, проводника идей И. Ньютона.

Канадский ученый В. Босс в книге «Ньютон и Россия» (Кембридж, 1972 год) на огромном фактическом материале показал, что развитие научных знаний в нашей стране, формирование штата Санкт-Петербургской академии наук, открытой в 1725 году, происходили благодаря Я. В. Брюсу под влиянием ньютонианства, что сразу вывело Россию на передовые позиции в развитии научных знаний.

Во время пребывания в Англии Брюс начал создание рукописной книги «Статьи по математике и астрономии». Книга имела разделы: «Угловой сектор», «Построение синусов, тангенсов и секансов», «Основы пропорции диаметра окружности к ее длине», «Техника логарифмов или действия с логарифмами», «Основные логарифмы заданных чисел», «Проблемы астрономии», «Теория движения планет», «Орбита Луны», «Орбита Солнца», «Проекция орбиты Солнца», «Три известных долготы Солнца, находящихся в его апогее и перигее».

Статья из этой книги «Теория движения планет» в качестве научного трактата хранится в библиотеке Кембриджского университета и библиотеке Российской академии наук в Санкт-Петербурге.

Вернувшись из Англии, Брюс консультирует Петра I при проведении астрономических наблюдений. Известны опыты наблюдений за затмением Солнца в 1699 году, полетами болидов (звездных тел) в 1704 и 1716 годах. Консультации Брюса касались определения местоположения и подбора приборов и инструментов для проведения таких наблюдений. В 1706 году Брюс по просьбе Петра высылает ему чертеж инструмента для определения высоты склонения Полярной звезды и подробное описание применения инструментов для успешного проведения такого опыта.

В 1699 году Петр поручил Брюсу организовать в Москве «навигацкую школу». Наиболее удобным помещением для размещения этой школы была признана построенная в 1692–1695 годах в Москве на Земляном Валу Сухарева башня. Так как эта башня возвышалась над землей на 64 метра и к тому же находилась на одном из наиболее высоких мест Москвы, то Брюс нашел, что одновременно с размещением в ней «навигацкой школы» она может быть весьма выгодно использована и для устройства в ней обсерватории.

С января по июнь 1700 года в этой башне Брюс оборудовал первую государственную астрономическую обсерваторию. 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.

В 1716 году Брюс сообщил Петру о том, что им на Солнце «усмотрены» пятна, и тут же добавил, что, насколько ему известно, их «уже с 30 лет не видно было» и он «от роду своего впервые увидел». Это его заявление дает, таким образом, основание считать, что солнечные пятна, обнаруженные Галилеем, первым в России исследовал Я. В. Брюс.

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.

На то, что выполнявшиеся Брюсом уже в первые годы его занятий астрономией наблюдения были серьезны и заслуживали большого внимания, показывает такой факт.

В 1803 году французский астроном Жозеф Жером Лаланд опубликовал ставшую известной в свое время «Историю астрономии». Излагая хронику событий в наблюдательной астрономии с древнейших времен до конца XVIII века, он в записи, стоящей под 1700 годом, указал, что в этом году «некоторые наблюдения» проводил Брюс. 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.

Публикации Лаланда являются пока едва ли не единственным источником, проливающим свет на проведение астрономических наблюдений Я. В. Брюсом в Глинках. В перечне астрономических событий 1728 года он вторично упомянул имя ученого, говоря, что в этом году «Брюс произвел астрономические наблюдения…». Никаких документов, которые рассказали бы нам, какие именно астрономические наблюдения вел тот в Глинках, пока не найдено.

Здание обсерватории, построенное, как считают исследователи, по собственному проекту Брюса, имело открытые лоджии и было очень удобно для проведения наблюдений.

В описи, составленной сразу после смерти Я. В. Брюса в 1735 году, значились ящики со 140 стеклами «от зрительных разных труб», самых различных размеров объективы и всевозможные, «в оправах и без оправ» окуляры, и призмы, и зеркала, и прочие оптические детали астрономических инструментов. Приводимые в описи размеры почти для всех стекол показывают, что здесь были линзы от 6 до 200 миллиметров в диаметре и от 27 метров до нескольких миллиметров фокусом. В описи значатся различные глобусы, солнечные часы разных конструкций, астролябии, квандранты, перископы, секстанты, дальномеры, вогнутые зеркала, зрительные трубы, штативы и многое другое.

Как писал исследователь В. Л. Ченакал: «Трудно себе даже представить астрономическую обсерваторию начала XVIII века, которая могла бы вместить в себя все это оборудование».

Насколько хороши были астрономические инструменты Брюса, показывает такой факт. В октябре 1737 года В. Н. Татищев в одном из своих писем в Академию наук писал, что у него имеется «квадрант не очень малой с перспективой (со зрительной трубой)», у которого «все обороты и все движения на бесконечных шурупах», то есть с червячными винтами, и что этот квадрант был сделан ему «с обрасца графа Брюса».

Санкт-Петербургская академия наук, получив в 1735 году оборудование глинковской обсерватории Брюса, в течение долгого времени пользовалась им для укомплектования инструментария своей астрономической обсерватории.

Сохранился, например, «репорт» руководившего с 1726 по 1747 год обсерваторией Академии наук астронома Жозефа Никола Делиля, датированный апрелем 1746 года, в котором он, касаясь обеспеченности вверенной ему обсерватории нужными инструментами, писал: «…Что ж касается до прочих маленьких инструментов, которых еще на обсерватории недостает, то понеже Академия Наук получила… многие инструменты из пожитков покойного фельдмаршала Брюса, для того не потребно будет из других земель более выписывать».