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».

Уже один этот документ наглядно показывает, какую ценность для академии составило собрание астрономических инструментов Брюса.

Многие приборы и инструменты Брюс изготавливал сам. Так, например, в Эрмитаже и сейчас хранится металлическое зеркало для отражательного телескопа, на обороте которого имеется гравированная надпись: «Сделано собственным тщанием графа Якова Вилемовича Брюса в августе 1733 года».

Если к этому добавить, что часть этого оборудования поступила в физический кабинет Академии наук и в течение длительного времени служила там хорошим пособием для обучения академических студентов практической оптике, то значение указанных обсерваторий Брюса для дальнейшего развития русской науки станет еще более очевидным.

Нельзя не отметить переводческой и просветительской деятельности Брюса в области астрономии.

Помимо рукописной книги по математике и астрономии, написанной в 1698 году, Я. В. Брюс составил и опубликовал в 1707 году карту звездного неба — «Глобус небесный иже о сфере небесной…».

Огромное значение для России имело издание в 1717 году книги Христана Гюйгенса «Космотеорос» в переводе Я. В. Брюса. В этой книге излагались идеи Николая Коперника и Исаака Ньютона на строение Вселенной. Высказывались выводы ученого о множественности миров с критикой учения Р. Декарта. Книга Гюйгенса в популярной форме объясняла новейшие достижения, сделанные в области астрономических открытий к концу XVII века.

Библиотека Я. В. Брюса имела около ста книг, специально посвященных вопросам астрономии. Имелись среди них труды всех видных астрономов XVI, XVII и начала XVIII века (И. Гевелий, X. Гюйгенс, И. Ньютон, Д. Грегори, Дж. Флэмстид, Э. Галлей и др.), разные учебные руководства по теоретической и практической астрономии, а также литература по гномонике, различные календари и таблицы и множество книг по мореходной астрономии. Были в их числе и русские, и немецкие, и английские, и голландские, и шведские, и итальянские, и французские издания. «Одним словом, — отметил исследователь В. Л. Ченакал, — здесь было почти все, чем располагала астрономическая литература того времени».

Подводя итоги сказанному об астрономических занятиях Брюса, его переводческой и просветительской деятельности в области астрономии, следует отметить, что эта деятельность Я. В. Брюса не только открыла новые горизонты в развитии теоретических знаний в России, но и подготовила дальнейшую исследовательскую деятельность в нашей стране известных ученых, среди которых был основатель первого российского университета М. В. Ломоносов.