用2万英镑买到大英帝国100多年的海上霸权，无疑是世界上最划算的买卖之一。这个成就未来“日不落”帝国的高性价比发明，就是航海钟。

航海钟（Chronometer）又称航海天文钟或精密钟，是高精度、可携带的机械计时仪表。可以用来指示时刻、测量时间间隔、航海定位和野外天文观测。

众所周知，船只与航海的历史，几乎与人类文明本身同步起源；而海上定位的精准程度，则关乎船只的生死。GPS全球定位系统现在的人都不陌生，可300年前大航海时代的准确定位就难了。虽然海员们很早就懂得在夜间比照北斗星的高度角推算纬度，可经度却不好计算。没有靠谱的定位方法导致船长们得靠运气到达航海目标，触礁、迷航、全体船员葬身鱼腹，已经成了折磨人们几个世纪的大难题。为了争夺海上霸权，欧洲各国都在积极寻找测量经度的办法。

1660年，流亡15年的查理二世回到英国，戴上了他那被砍头的父亲留下的王冠。他是一个尊重科学的国王，十分舍得在科研上下成本。

当时著名的英国天文学家约翰·弗拉姆斯提德（John Flamsteed）指出，要确定经度，前提条件是画一张星表，准确地描述出一年365天所有时刻月亮的相对位置。为了制作这张表，查理二世拨款500英镑，在格林尼治修建了皇家天文台。弗拉姆斯提德被任命为第一任台长，并绘制出世界上第一张准确的星图。

然而，在茫茫大海上因为无法精确导航导致的各类海难仍在不断发生，航海学始终无法翻过这沉重的一页——经度。

1707年，英国皇家海军的4艘舰艇在返航途中遭遇大雾，最后由于无法确定准确位置而触礁沉没，遇难约2000人。这件事再一次让英国政府意识到寻找经度的重要性和紧迫性。1714年，议会正式通过《经度法案》，悬赏2万英镑（相当于现在100万英镑）征集确认经度的简易办法。为了公正地找出获胜者，英国皇家学会还成立著名的“经度委员会”（Longitude Board），请来包括牛顿在内的许多著名科学家参与研究并担任评委。与此同时，荷兰、西班牙、法国也已挂出类似的巨额奖金，一场没有硝烟的战争即将在欧洲的土地上开展……

戏剧的是，最终解决大英帝国这一生死命题的，不是天文学家，也不是数学家，而是一位自学成才的钟表匠约翰·哈里森（John Harrison）。

在当时人们的心中，在海上寻找经度几乎是不可能的事，只有疯子才会想去拿这个奖，而刚满20岁的哈里森却决心和经度死磕到底。

他的想法是：理论上，地球自转360度为24小时，以本初子午线（0度经线）为起点，把地球从东到西等分成24个区域，每个区域到达中午12点时都和附近的区域差1个小时。而无论在哪里，当太阳升至最高点时，都是中午12点。

以此为参照，如果我带一个伦敦时间的钟上船，走一段时间后，这个钟在正午时显示为下午3点。那就可以确定，我所在的位置与伦敦相差3个小时，不就能推算出当前位置的经度了吗？

但问题来了，去哪儿找精确度这么高的钟呢？其实，当时的人们为了研制出航海钟，已付出了近半个世纪的努力。

1656年，荷兰物理学家克斯蒂安·赫根斯发明了时钟技术里革命性的摆锤装置，并开始尝试制作航海钟，9年后，他又发明了使用螺旋弹簧摆轮装置（即早期游丝摆），却没能解决时钟在海上颠簸状态中正常走时的难题；

1714年，英国时钟大师杰里米·塞克进行了多次尝试，最后徒劳无功；

1720年，英国时钟制造者亨瑞·苏利终于研发出一款以精确时间来决定经度的航海钟，但由于机芯中的平衡飞轮在摇晃的环境下并不稳定，只适合在较为平静的海上行驶时使用……

对于哈里森来说，想要实现寻找经度的目标，不仅要造出一个精度是过去所有钟50倍的新型钟表，还得同时攻克海船颠簸、热胀冷缩等各种影响走时准确的因素。为了解决这些难题，他有了很多独一无二的创举：

首先，关于校准。

要造出世界上最“准”的钟，别的钟都不能拿来当标准。哈里森想到了观察夜空中的恒星，他把自家东面的窗户和邻居家的烟囱当作标志物，当恒星从一处升起，到另一处消失时迅速记录自己钟表的时间。因为恒星升落的时间差是固定的，这样就能比对自己所造钟表的误差。

其次，降低误差。

机械钟误差的第一大来源，就是摩擦。因为零部件容易卡住，所以当时的钟表需要时不时上点油润滑一下。为了解决这个问题，哈里森设计了不会跟齿轮有较大摩擦的蚱蜢擒纵器，还采用了一种含天然树脂，永远不会干裂的愈疮木制作钟的零件。经过改良后，摆钟的误差从每天几分钟，下降到了一周1分钟。

然后，就是金属的热胀冷缩。

金属发生热胀冷缩后，摆钟就会走不准。哈里森注意到黄铜和铁在遇热时的膨胀速率不同，于是，他用这两种金属相互制约，在1726年制造出了不会随温度变化的栅形补偿摆。还为了解决海船晃动问题，干脆取消了钟摆，用弹簧代替。

1736年，哈里森研制出了第一台航海钟H-1。但他很快在一次短途航海实验中，发现了H-1的缺陷，想出了改进方法；1741年又制作了一台H-2，可还没完工，他又发现了一个致命缺点；于是又开始制作H-3，H-3花了他19年的时间。H-1、H-2和H-3都是庞然大物，因为当时的钟表界都认为只有大的钟表才会准确。后来一个偶然的事件才让哈里森意识到，小型高频振子才是避免受环境影响的最佳办法。他毅然决定推倒重来，开始制作H-4。

1759年，哈里森终于造出了一块只比怀表大一点的航海表H-4。在通过6周不调时、50摄氏度温差考验后，80岁时的他才拿到了全额奖金。

航海钟的出现，使大航海时代发生革命性的巨变。它是远航商船在大海中航行、定位最可靠的保障，也是英国皇家海军在历次海洋争霸战中获胜的决定性因素之一。

H-4航海钟完成后的第4年（1763年），英国赢得了“英法7年战争”，这是18世纪英法争夺海洋和殖民霸权规模最大的一次战争，由此奠定了英国海上霸主的地位；随着第一次工业革命的到来，英国具备了大规模生产的工业能力，1925年，航海钟成了英国皇家海军所有舰船的标配，英国从此海上实力大增，开始进入“日不落帝国”时代。

这次技术革新，还推动了航海定位技术的发展，并随着科技的进步日趋成熟：

走时更准确的石英天文钟逐渐取代了机械式航海钟；

信息科学、计算机技术、电子技术、通讯技术及空间卫星技术的成功应用，使采用传统天文定位方法的航海钟成为特殊情况下的备用仪器，航海正式进入高精度卫星导航定位时代；

美国开发的GPS定位系统，可在全球范围内全天候为船只提供连续、高精度的三维定位，和ECDIS电子海图系统一起，成为当代海上最精确、最常用的导航定位手段；

为摆脱对GPS的依赖，俄罗斯开发了GLONASS系统，中国开发了北斗卫星定位系统，欧盟也正式推出“伽利略计划”，部署新一代定位卫星……

曾经充满未知的海上冒险，现已被重新定义为更安全的世界探索。