Исследования осложнялись тем, что до присоединения к России города Средней Азии оставались запретными для европейцев. Многим попытки проникнуть сюда даже стоили жизни. Русского ученого Эверсмана, побывавшего в Бухаре в 1820 году с посольством, спасло только поспешное бегство через пустыню. В 1823—1824 годах здесь побывали англичане Муркрафт и Дэври. На обратном пути они были отравлены, а дневники их наблюдений бесследно исчезли.
В 1837 году в Самарканде побывал английский разведчик А. Берне. Он привез сведения, будто обсерватория Улугбека находилась в самом городе, на главной базарной площади — Регистане. Как потом выяснилось, за остатки обсерватории Берне ошибочно принял провалившийся главный купол мечети при медресе Тилля-Кори, построенного на Регистане рядом с медресе Улугбека, но уже гораздо позднее.
Ту же ошибку повторил венгерский ученый Арми-ний Вамбери, проникший в 1863 году в Самарканд под маской бродячего дервиша.
Только после присоединения Средней Азии к России началось изучение исторических памятников. Стали искать и остатки обсерватории Улугбека. Долгое время поиски были безуспешны. Среди местных жителей сохранились предания, что обсерватория стояла на холме Кухак, который по-старому называли «Могилой сорока дев». Но к этим преданиям не прислушивались внимательно, пока археолог В. Л. Вяткин не заинтересовался одним примечательным вакуфным документом, относящимся еще к середине XVII века.
Каждая мечеть, медресе или мавзолей какого-нибудь мусульманского «святого», как уже рассказывалось, существовали за счет доходов от земель, которые вместе с обрабатывавшими эти поля крестьянами были пожертвованы им во временное или даже вечное пользование, Это и называлось вакфом. И вот В. Л. Вяткин обратил внимание, что в одной из таких дарственных вакуфных грамот упоминалась местность Накши-джехан по арыку Оби-Рахмат и какой-то Тал-и-расад; в переводе это значило «Холм обсерватории».
Накши-джехан и канал Оби-Рахмат — ведь это же ближайшие окрестности Самарканда! Рядом расположен холм Кухак. Может быть, он и есть действительно тот самый загадочный «Холм обсерватории»?
Вяткин обследовал Кухак. Тут явно стояли прежде какие-то здания: поверхность холма была неровной, в земле попадались кирпичи и осколки цветных изразцов. От местных жителей Вяткин услышал и другое название холма, прошедшее сквозь века: По-и-расад («Подножие обсерватории»).
Опять упоминается обсерватория! Это не могло быть случайным совпадением.
Вяткин решил провести здесь раскопки. Русский комитет для изучения Средней и Восточной Азии по настоянию крупнейшего востоковеда В. В. Бартольда отпустил для этого восемьсот рублей.
Раскопки начались в 1908 году. От краев верхушки холма к центру стали копать траншеи. И сразу же наткнулись на фундамент из каменных глыб, скрепленных цементом. Потом обнаружили лестницу, уходившую куда-то под землю. Она была завалена камнями. Когда их разобрали, глазам археологов открылась глубокая узкая галерея, прорубленная в толще скалы. Это были остатки чудом уцелевшего изумительного главного инструмента обсерватории. Их спасло лишь то, что они прятались под землей.
Раскопки продолжались два года. Расчистив поверхность холма, Вяткин пытался вообразить облик разрушенных зданий. Ему казалось, что их тут стояло несколько. Обнаружив в одном месте фундамент в виде четырехугольника, он принял его за остатки минарета.
Удалось найти следы круглой стенки. По мнению Вяткина, она служила так называемым «горизонтальным кругом», которым обычно пользовались в те времена для определения азимутов небесных светил. Это мнение разделяли с ним долгое время многие другие исследователи, хотя ошибочность его была очевидна. Из исторических источников астрономы знали, что в XII веке в Египте был сделан из бронзы подобный круг диаметром в пять метров и пользоваться им оказалось невозможным: он из-за собственной тяжести давал такие прогибы, что ошибка при наблюдениях составляла несколько градусов. А диаметр круглой стены, остатки которой раскопал Вяткин, достигал почти сорока восьми метров! Не мог же Улугбек с таким инструментом добиваться столь поразительной точности наблюдений.
Но заблуждение оказалось живучим и сбивало с толку многих до недавнего времени, пока, наконец, не удалось разобраться в назначении загадочного круга: он просто-напросто был остатками стены самого здания обсерватории.
Были также найдены медные монеты, совершенно окислившиеся и потемневшие за долгое пребывание в земле; черепки белой посуды явно времен Тимура и странные плоские мраморные плиты с желобками и буквами. Буквами на них были обозначены цифры «6» и «9». Озадачили Вяткина загадочные чаши, черепки которых во множестве попадались при раскопках. Чаши все были, видимо, одинаковые, — грубой работы, довольно крупные, с зеленой обливкой внутри. Как ни гадал археолог, назначение их оставалось для него непонятным.
Так уже в самом начале исследования остатков обсерватории ученые столкнулись со многими загадками и темными местами. Здание было так варварски разрушено, буквально стерто с лица земли, что восстановить его планировку оказалось не так-то просто. Кое-что остается непонятным и до сих пор.
Особенно много споров и заблуждений вызвал главный инструмент обсерватории. По одной сохранившейся под землей его части не легко представить себе все сооружение в целом. Вяткин принял его за громадный квадрант — прибор для наблюдения за звездами. Его мнение поддержали почти все исследователи, и только недавно выяснилось, что оно ошибочно.
Находка Вяткина вызвала огромный интерес. Но дальнейших раскопок произвести не удалось: не хватило для этого средств. Даже на памятник Улугбеку, который решили воздвигнуть по предложению Русского астрономического общества, пришлось собирать деньги по подписке среди «доброхотных жертвователей».
Памятник тогда так и не был построен. Собранные для него деньги затратили на то, чтобы расчистить круглую площадку на вершине холма, и в 1915 году установили над остатками главного прибора сводчатый кирпичный футляр, чтобы предохранить его от дальнейшего разрушения.
Между тем устройство обсерватории оставалось совершенно неясным. Выдвигались самые различные гипотезы, одна фантастичнее другой. Один из исследователей так представлял себе общий вид обсерватории:
