一、科学时代与精密化的地图和海图

经线和纬线的测定与标准长度计量单位“米”

从17世纪后半叶到18世纪，由于测量技术的急速进步，地图和海图也通过实际测量而变得更加精确。通过不断的测量，“海上航线”的精确度也一下子大幅提高。

科学测量是从法国最先开始的。法国的财务总监坎贝尔（1619—1683）出于重商主义的立场，认为强化商业活动和扩充航线是富国强兵的前提，于是他非常重视科学的振兴，以路易十四（1643—1715年在位）赐给他的1.2万利维尔作为基金，在1666年创设了科学学院。

科学学院将准确测量地球的大小作为重要课题，1669年，天文学家简·皮卡尔（1620—1682）奉命精确测量经线的弧长以及地球的周长。皮卡尔用一个干燥的细长木棍刷上清漆保证其长度不会发生变化，然后对从巴黎到枫丹白露的距离进行了测量，得到11.4千米这个数值。随后他又以此为基线，对从巴黎近郊到亚眠的距离进行三角测量，计算出纬度一度的长度是110.46千米。如果地球是一个完全的圆形，那么经线不管在哪都应该是相同的。于是他根据这个值计算出地球的半径为6372千米。这与地球的实际半径6357千米非常接近，是精确度相当高的结果。同一时期，英国的科学家牛顿根据万有引力定律，提出地球因为离心力的作用在赤道部分会相对比较膨胀。意大利天文学家简·多米尼克（1625—1712）和他的儿子卡西尼（1677—1756）为了证明牛顿的假设，对从敦刻尔克到比利牛斯山脉之间的距离进行了三角测量。他们的实际测量证明了地球确实是一个旋转的椭圆体，随后他们又对南美洲进行了大规模的测量。经过卡西尼一家四代超过一个世纪以上的漫长测量，1793年，他们终于完成了一幅由182张地图综合而成的比例尺为1∶86400的法国地图。同时由于子午线也得到了准确的测量，海图的准确度也大幅提高。

准确测量子午线是法国人最引以为傲的成就之一。法国大革命爆发之后，重视理性的启蒙思想促使法国人尝试对世界进行重新认识。1791年，法国国民议会规定从极点到赤道的距离的一千万分之一为一米。现在世界范围内最普及的长度计量单位“米”，就是基于法国成熟的科学地球观制定的。在1919年举办的国际航海会议上，正式确定将“米”作为标准长度计量单位采用。

价值两万镑的经度测量

18世纪之前，船舶通过对太阳和特定星星的高度进行观测来测定所处的位置，利用指南针确定方向在海上航行。虽然卡西尼父子准确地测量出了子午线的长度，但是如果没有准确的经度测量，船舶仍然无法确定自己的位置。

这一时期的海图虽然有经度的标记，但实际对经度的测量却还是通过船只的速度以及航海时间来进行计算的，并没有脱离以本初子午线为基准的计算范围。对航行时间的准确计算，是测量经度时的基本方法。虽然只要知道从本初子午线开始以多快的速度航行了多少时间，确实可以计算出经度，但实际上这种方法是不可取的。因为当时在陆地上使用的钟摆在船上会受到海浪和强风的影响，完全无法准确地计算时间。所以在不受船身摇晃影响的时钟出现之前，海图上的经度都是无法确定的，船只的位置也无法准确判断。

据说大航海时代以来，船员们会在一个长绳的一端捆上一个具有一定重量的木板，然后将绳子从船尾扔入水中，隔一段时间将绳子拉回来，以此来推测船只的时速。这种方法被称为“漂物测速法”（Dutchman’s log），用来打结（knot）的工具被称为“手控测程仪”（hand log），因为方便测量而广泛流行开来。用这种测量工具测量出来的船只一定时间的航行距离被称为“节”（knot）。“一节意味着一小时前进一海里”，现在相当于一小时前进1852米。

1675年，英国在伦敦郊外的格林尼治修建了皇家天文台，虽然英国将经过天文台的经线作为本国的本初子午线，但是因为无法准确测量航行时间，所以还是无法对经度进行准确的计算。

1707年，英国海军的四艘军舰在锡利群岛海域遇难，2000名船员无一幸免。事故是因为舰船没能准确测量经度所导致的。在这次事故之后，英国认识到为了保证军舰和商船的安全航行，准确的经度测量是非常必要的，于是开始着手开发准确测量经度的方法。英国议会宣布对开发出能够准确测量经度方法的团体或个人颁发奖金。误差在1°以内的奖励1万英镑，40′以内的奖励1.5万英镑，30′以内的奖励2万英镑。当时的2万英镑大概相当于现在的10亿日元（约合5800万人民币）。于是英国的学者和钟表匠们都纷纷投身于准确计算经度的课题中。

其中有一个人将这项课题当成了自己毕生的事业，他就是出生于约克夏贫穷工人家庭、凭借自己的努力成为一名优秀钟表匠的哈里森（1693—1776）。哈里森自1735年制作出第一台实验型时钟之后，又用了25年的时间制作了4台船舶用时钟。1761年，他终于制作出了在摇晃的船上也能够准确计时的时钟。

经过几次实际航行之后，哈里森的时钟终于被证明十分优秀。1773年，英国议会向平民哈里森颁发了2万英镑的奖金。在获得奖金3年后，哈里森也与世长辞，享年83岁，可以说他为了开发船舶用的时钟奉献了自己的一生。

拥有哈里森的海洋时钟之后，人类终于能够以本初子午线为基准对经度进行准确的测量。结果，船舶可以根据海图进行更加准确的航海。后文即将提到的詹姆斯·库克（1728—1779）的第二次以及第三次航海，都是使用哈里森的海洋时钟一边对经度进行测量一边进行的科学航海。也正是因为他这两次航海的成功，实际证明了船舶时钟的实用性。哈里森的海洋时钟也被以希腊神话的时间之神克罗诺斯之名被命名为“精密计时器”（Chronometer）。