Nghiên cứu ban đầu

"Hiệu ứng giọt đen" được ghi lại trong lần Sao Kim đi qua Mặt Trời năm 1769.

Người cổ đại đã biết đến Sao Kim với những tên gọi "sao hôm" và "sao mai", phản ánh những hiểu biết ban đầu của họ về sự xuất hiện của hai thiên thể khác nhau. Bản quan sát Sao Kim của Ammisaduqa]], từ năm 1581 trước Công nguyên, cho thấy người Babylon đã hiểu được hai vật thể tách biệt này thực ra là một, và họ coi nó là "nữ hoàng ánh sáng của bầu trời" khi ghi trên bảng, và cho phép hỗ trợ cũng như tiên đoán trong các quan sát sau.[91] Người Hy Lạp cũng từng nghĩ đây là hai thiên thể riêng biệt, sao Phosphorus và sao Hesperus, cho đến khi Pythagoras mới phát hiện ra điều này ở thế kỷ thứ VI trước Công nguyên. Người La Mã coi sao hôm là Lucifer, hay "Người mang lại ánh sáng", và sao hôm là Vesper.[92]

Hiện tượng Sao Kim đi qua Mặt Trời lần đầu tiên được quan sát và ghi chép lại bởi nhà thiên văn Jeremiah Horrocks ngày 4 tháng 12 năm 1639 (24 tháng 11 theo lịch Julius thời đó), cùng với người bạn của ông là William Crabtree, mỗi người quan sát tại nhà riêng của họ.[93]

Galileo là người đầu tiên nhận ra các pha của Sao Kim và càng củng cố niềm tin của ông là các hành tinh quay quanh Mặt Trời chứ không phải Trái Đất.

Khi nhà bác học Galileo Galilei lần đầu tiên hướng ống kính quan sát Sao Kim vào năm 1610, ông đã nhận ra hành tinh này cũng có các pha giống như pha Mặt Trăng, hình ảnh của nó biến đổi từ gần tròn cho đến hình lưỡi liềm và ngược lại. Khi Sao Kim ở cách xa Mặt Trời nhất, nó hiện lên là hình nửa hình tròn, và khi nó tiến gần đến Mặt Trời trên nền bầu trời, nó có hình lưỡi liềm và tròn. Điều này chỉ có thể xảy ra khi Sao Kim quay quanh Mặt Trời trên quỹ đạo, và là một trong những quan sát đầu tiên mâu thuẫn với mô hình địa tâm của Ptolemy.[94]

Nhà khoa học Mikhail Lomonosov là người đầu tiên phát hiện Sao Kim có khí quyển vào năm 1761.[95][96] Cho tới năm 1790, khí quyển của hành tinh mới được quan sát rõ ràng bởi nhà thiên văn Johann Schröter. Schröter phát hiện thấy khi hành tinh ở pha lưỡi liềm, hai đỉnh nhọn của cung lưỡi liềm kéo dài hơn 180°. Ông đoán chính xác điều này là do ánh sáng Mặt Trời tán xạ từ khí quyển dày đặc. Sau đó, nhà thiên văn Chester Smith Lyman quan sát thấy một vòng sáng đầy đủ trong pha tối Sao Kim khi nó ở vị trí giao hội trong, cung cấp thêm bằng chứng nữa cho khẳng định trên Sao Kim có khí quyển.[97] Do khí quyển dày đặc nên nhiều nhà thiên văn đã nỗ lực để xác định chu kỳ tự quay của hành tinh, như Giovanni Cassini và Schröter đã tính sai chu kỳ tự quay của nó bằng khoảng 24 giờ khi hai ông dựa trên những đặc điểm sáng từ hình ảnh quan sát hành tinh.[98]

Nghiên cứu thời hiện đại dưới mặt đất

Ảnh Sao Kim chụp từ kính thiên văn 250 mm.

Ít có thêm khám phá về Sao Kim cho đến tận thế kỷ XX. Do khí quyển quá dày nên nó chỉ hiện ra là một cái đĩa tròn hoặc hình lưỡi liềm, và người ta vẫn không biết hình ảnh bề mặt của nó như thế nào. Chỉ đến khi các thiết bị như phổ kế, radar và quan sát qua tia tử ngoại thì các nhà thiên văn mới phát hiện thêm nhiều đặc điểm của hành tinh. Quan sát bằng UV đầu tiên được thực hiện trong thập niên 1920, khi Frank Ross phát hiện thấy sử dụng tia UV các hình ảnh cho nhiều chi tiết hơn khi quan sát bằng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại. Ông nêu ra là điều này do khí quyển của hành tinh rất dày đặc, tầng thấp khí quyển màu vàng với những đám mây ti ở trên cao.[99]

Quan sát qua phổ kế từ thập niên 1900 đưa ra manh mối đầu tiên về sự tự quay của hành tinh. Vesto Slipher cố gắng đo dịch chuyển Doppler từ ánh sáng phản xạ từ Sao Kim, nhưng ông đã không thể tìm ra hành tinh tự quay. Do vậy ông đoán rằng hành tinh phải có tốc độ tự quay rất chậm so với trước đây người ta từng nghĩ.[100] Những nghiên cứu về sau trong những năm 1950 chỉ ra Sao Kim tự quay nghịch hành. Những quan sát bằng ra đa thực hiện đầu tiên trong những năm 1960 cho những kết quả đầu tiên về tốc độ tự quay của hành tinh và đã rất gần với giá trị chính xác ngày nay.[101]

Kết quả từ quan trắc ra đa những năm 1970 lần đầu tiên còn cho những hình ảnh chi tiết về bề mặt Sao Kim. Những xung của sóng vô tuyến được phát lên hành tinh và đo tín hiệu phản hồi lại thu tại kính thiên văn vô tuyến đường kính 300 m ở đài quan sát Arecibo, và các nhà khoa học nhận thấy tiếng vọng ra đa thể hiện khá mạnh ở hai vùng, mà họ đặt là các vùng Alpha và Beta. Sau các phân tích thì những vùng sáng trên ảnh ra đa là các rặng núi, mà họ đặt tên là ngọn Maxwell Montes.[102] Ba đặc điểm duy nhất này trên Sao Kim được đặt tên không thuộc về phái nữ.[103]