מעבר נוגה על פני השמש
תצפיות מודרניות

העניין המדעי העיקרי שבמעברי נוגה על פני השמש הוא לשם מדידת גודל מערכת השמש על ידי שימוש בשיטת הפרלקסה. הטכניקה מבוססת על מדידת הבדלים קטנים בהתחלת המעבר, כפי שהם נצפים מנקודות רחוקות על פני כדור הארץ. על ידי מדידת המרחקים בין הצופים על פני כדור הארץ, ניתן לחשב את המרחק בין כדור הארץ לשמש ולנוגה, באמצעות שיטת הטריאנגולציה.
אסטרונומים במאה ה-17 הצליחו לבטא את המרחק של כל כוכב לכת מהשמש (באמצעות חוקי קפלר), ביחס למרחק למרחק כדור הארץ מהשמש (כלומר, ביחידות אסטרונומיות). אולם, הערך המוחלט המדויק של היחידה האסטרונומית ושל המרחקים הללו לא היה ידוע עדיין.
הראשון שחזה בהצלחה את מעבר נוגה על פני השמש היה יוהאנס קפלר בשנת 1631. מעבר זה לא נצפה, משום שמדידותיו של קפלר לא היו מדויקות די הצורך, והוא לא ידע כי אותו מעבר לא נראה מרוב חלקי אירופה.
הראשון שצפה במעבר נוגה על פני השמש היה ג'רמיה הורוקס. הורוקס צפה במעבר מביתו שליד פרסטון שבאנגליה ב-4 בדצמבר 1639 (24 בנובמבר, לפי הלוח היוליאני). עמיתו, ויליאם קראבטרי, צפה אף הוא במעבר ממנצ'סטר. לפי תחזיותיו של קפלר, כוכב הלכת נוגה יחלוף על פני השמש ב-1631, ושוב ב-1761. הורוקס בדק את חישובי המסלול של נוגה שקפלר חישב, תיקן אותם, ומצא שמעברי נוגה אמורים להתרחש בזוגות של 8 שנים. מכאן הניח הורוקס שהמעבר הבא יתרחש ב-1639. אף על פי שלא היה בטוח לגבי השעה המדויקת, הוא חישב והעריך שהמעבר יחל בשעה 15:00. הורוקס הטיל את דמות השמש על גבי קלף באמצעות טלסקופ. אחרי שצפה בפיסת הקלף לאורך כל היום, לקראת 15:15 השמיים התבהרו מעננים, והוא ראה את מעבר נוגה, כחצי שעה לפני השקיעה. באמצעות התצפית שלו, הורוקס העריך גודלו של נוגה, ואת מרחקו של כדור הארץ מהשמש. הורוקס העריך כי מרחק כדור הארץ מהשמש הוא כ-95.6 מיליון קילומטר - כשני שלישים מהמרחק האמיתי (כ-150 מיליון קילומטר). אולם, הערכתו הייתה טובה מכל הערכה אחרת עד לאותם הימים. תצפיותיו של הורוקס לא פורסמו עד מותו ב-1661.
בשנת 1761 צפה מיכאיל לומונוסוב במעבר נוגה על פני השמש ממצפה הכוכבים של סנקט פטרבורג, ומצא כי יש לנוגה אטמוספירה. לומונוסוב צפה בשבירת קרני האור במעבר נוגה על פני השמש. הוא שיער כי הגורם להופעת טבעת אור על פני דמות השמש לפני תחילת המעבר הוא קיום אטמוספירה גזית בנוגה.
במעברי נוגה על פני השמש בשנים 1761 ו-1769 גודלה של היחידה האסטרונומית נמדד בדיוק רב, באמצעות שיטת הפרלקסה. מדידת מרחק כדור הארץ מהשמש היה יעד אסטרונומי חשוב במשך מאות שנים. הרעיון למדידת מרחק כדור הארץ מהשמש באמצעות הפרלקסה של נוגה הוצע לראשונה על ידי ג'יימס גרגורי בשנת 1663. משלחות בינלאומיות רבות נשלחו לרחבי העולם לשם צפייה במעברים הללו. היה זה שיתוף פעולה מדעי-בינלאומי ראשון מסוגו; מדענים ממדינות אירופה השונות נסעו לסיביר, נורווגיה, ניופאונדלנד ומדגסקר. רוב המשלחות צפו לפחות בחלק מהמעבר, אך המדידה המוצלחת ביותר נעשתה על ידי ג'רמיה דיקסון וצ'ארלס מייסון בכף התקווה הטובה. במעבר של 1769, שמונה שנים מאוחר יותר, נסעו מדענים למפרץ הדסון, לבאחה קליפורניה (שהייתה אז בשלטון ספרדי) ולנורווגיה. משלחת נוספת (שכללה את צ'ארלס גרין) נשלחה לטהיטי, בראשותו של קפטן ג'יימס קוק - שיצא אז למסעו הראשון. האסטרונום הצ'כי כריסטיאן מייאר, הוזמן על ידי יקטרינה הגדולה לצפות במעבר נוגה בסנקט פטרבורג. מסעו הכושל של גיום לה ז'נטיל להודו כדי לצפות במעבר, זכה לפרסום בשל כך שלא הצליח לצפות באף אחד משני המעברים ובשובו לביתו אחרי היעדרות של 11 שנים גילה שהוכרז כמת ואיבד את רכושו, את משרתו ואת אשתו.
במדידות הללו היה טמון קושי, שנבע מהבעייתיות שבקביעת רגע תחילת המעבר. קושי זה נוצר בעקבות תופעה הקרויה "אפקט הטיפה השחורה". במשך שנים רבות סברו כי אפקט זה נובע מהאטמוספירה העבה של נוגה, והתופעה אף נחשבה לראייה לקיום אטמוספירה בכוכב הלכת נוגה. אולם, מחקרים עדכניים מגלים כי האפקט הוא תופעה אופטית הנובעת ממריחת הדמות של נוגה, כתוצאה ממערבולות באטמוספירה של כדור הארץ ומחוסר אחידות במכשירי המדידה.
בשנת 1771, בהתבסס על המדידות מ-1761 ומ-1769, חישב התוכן הצרפתי ז'רום לאלנד שיחידה אסטרונומית אחת היא 153 מיליון קילומטרים, עם טעות חישוב של כמיליון קילומטרים. טעות החישוב הייתה גדולה מן המצופה, בגלל תופעת ה"טיפה השחורה", אך למרות זאת המדידה הניבה תוצאות מדויקות בהרבה מהידע שהיה קיים עד אז.