В 1761 году астрономы вычислили, что Венера должна будет миновать солнечный диск, т.е. на короткое время займёт положение между Землёй и Солнцем. Разумеется, это событие заинтересовало Михайло Ломоносова и его помощников, в числе которых были Степан Румовский (ученик известного математика Леонарда Эйлера) и Никита Панин (наблюдатель от Академии наук).
Сам Ломоносов принял непосредственное участие в изучении уникального астрономического явления. 6 июня 1761 года он сделал наиболее успешные астрономические наблюдения, воспользовавшись для этой цели обыкновенной подзорной трубой с закопчённым стеклом. Обо всём увиденном он делал подробные записи в дневнике.
Десятки опытных астрономов в разных странах наблюдали редкое явление природы, но ни один из них не заметил того, что открылось русскому учёному.
Ломоносов увидел, что в момент, когда Венера приблизилась к солнечному диску, вокруг неё образовался чуть различимый светящийся ободок, а её диск как бы затуманился. То же самое, только более отчётливо, он наблюдал, когда Венера уходила с солнечного диска. О самом моменте открытия он записал в дневнике так:
"... Ожидая вступления Венерина на Солнце... увидел, наконец, что солнечный край чаемого вступления стал неявственен несколько будто стушеван, а прежде был весьма чист и везде равен... При выступлении Венеры из Солнца, когда передний её край стал приближаться к солнечному краю... появился на краю Солнца пупырь, который тем явственнее учинился, чем ближе Венера к выступлению приходила... Сие не что иное показывает, как преломление лучей солнечных в Венериной атмосфере...".
Иными словами, Ломоносов смог увидеть атмосферу Венеры, когда солнечные лучи проходили из менее плотной оптической среды (безвоздушного пространства) в более плотную. После описания наблюдений он ещё раз четко сформулировал свой вывод. В результате этих наблюдений Ломоносов пришёл к однозначному выводу: "Планета Венера окружена знатною воздушною атмосферою, таковою (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного".
Вероятно, учёный давно вынашивал это открытие. Он значительно опередил европейцев: только через 30 лет немец Шретер и англичанин Гершель смогли вторично обнаружить атмосферу Венеры. Они пользовались более совершенными оптическими приборами, в которых Ломоносов не испытывал нужды, поскольку знал результат заранее.
Благодаря современным автоматическим аппаратам учёные смогли ещё раз убедиться в наличии воздушной оболочки у Венеры. Планета обладает очень плотной атмосферой, которая на 97% состоит из углекислого газа. Из-за мощного парникового эффекта температура на поверхности Венеры достигает 500 градусов Цельсия.