英国一直依仗频繁的海上探险确保着海洋科学方面的领先地位。但到19世纪后期，美国、德国、瑞典、法国甚至日本，先后兴起海洋探险的热潮，使这些国家的海洋科学得到突飞猛进的发展。面对着这种严峻的局面，英国皇家地理学会认为无论如何也不能轻易丧失在海洋科学方面的领导权。该学会在1871年作出决议，强调派遣深海探险船远航的必要性，认为应该尽早在周航世界的探险中，进行深海物理学、生物学的考祭。
在这之前，深海到底是否存在生物一直是海洋科学家争论不休的问题。持否定态度的科学家认为深海的高压和缺乏阳光，使任何生命都无法生存。但从地中海打捞上来的一根深埋于1829米海底的电缆上有海蛎子附着，这似乎又替另一些科学家提供了肯定的证据。英国的查尔斯·怀维勒·汤姆森是肯定派的代表，他说:“还是让我们到深海去吧，拿出更多的证据来说话。”
于是，当英国政府决定组织一次大规模的海洋探险调查时，汤姆森理所当然地成了探险队的领导人。
汤姆森受命之后，立即组织有6名专家的参谋班子，全面负责整个探险活动。他们选定的探险船是“挑战者”号，它原为一条海岸警备炮艇，吨位为2306吨，长60米，宽9米，并具有1234马力、两只汽缸的蒸汽机。汤姆森拆掉了甲板上的炮位，装起吊车，吊车上带着两根长达6000米的钢缆。他还在船上建立了化学实验室和生物实验室，配备了回声测深仪、颠倒式温度计、深海拖网、深海取样器及采水器。“挑战者”号成了世界上第一艘海洋科学调查船。
万事俱备，1872年12月6日“挑战者”号正式启航。这天，60名科学技术人员和67名水手齐集在船上，而在码头上，送行的人声乐声齐鸣。在船长乔治·内厄斯的指挥下，船缓缓地消失在水天一色的远方。
在海上最初的几十天里，“挑战者”号闯过了北方冬天的风暴海区，向着加那利群岛前进。海洋科学探险与纯探险的性质不同，它必须按照预先布置的海上站位，进行多种项目的调查:测温、测流、测深、测盐度、海底采样……工作极其单调，而不像前期海上探险那样，直驶目的地，以获得富有刺激性的发现。
尽管“挑战者”经常停在风雨飘摇的海面，进行着日复一日的重复工作，但工作人员之间的气氛极为融洽。每天晚饭过后，科学家就围成一堆，一手拿着冒烟的烟斗，一手指着海图讨论，虽然有时对所获资料抱不同看法而争得面红耳赤，但科学的求实精神会使他们很快和好如初。当“挑战者”号离开加那利群岛时，第一批调查成果已送回英国了。
“挑战者”号渡过茫茫的大西洋，向西印度群岛进发。1873年2月26日，科学家第一次记录到5487米的深度。后来，当船驶离西印度群岛时，他们又测得7067米的最大深度，这一片深海就是现在所知的波多黎各海沟。
大西洋风光
为了对墨西哥湾流进行研究，“挑战者”号在百慕大群岛和加拿大之间迂回航行。他们首创了双机测流法，并且第一次用电阻温度计来测量水温，这是电子仪器在海洋探险中的最早应用。
“挑战者”号在大西洋“之”字形航行，从北美东海岸到佛得角群岛，再由佛得角群岛到巴西，这样两度横越大西洋。船在里约热内卢稍作停留后，第四次穿越大西洋，绕好望角，进入印度洋。他们的航迹反映了科学家们严谨的态度，他们按部就班、一丝不苟地实施预先制定的探险计划。(www.xing528.com)
百慕大群岛
船一进入印度洋，就径直往东南方向驶去，先后到达爱德华群岛、赫德岛。当船驶入南极海区时，由于多变的天气，狂暴的风浪以及严寒使一些船员踌躇不前，他们纷纷要求汤姆森改变航线，放弃第153号观测站的测量任务。汤姆森一声不吭，转而征求科学家们的意见。60名科学家无一同意改变航线。汤姆森非常满意地下令继续前进，到达153号站。153号观测站位于东经79度49分，南纬65度42分。成群的鲸围绕着他们，海豹在近处潜泳，冰山从远处徐徐漂来……但“挑战者”号并不躲避，只是重复地做那些单调的测量取样工作。生物学家还带上猎枪，乘小艇到海上去打鸟制作标本。
1874年3月，“挑战者”号由印度洋进入太平洋抵达澳大利亚的悉尼港。一年多来的海上生活，使他们个个精疲力尽，消瘦不堪，他们在陆上休息了一个月。4月间，当他们重新要踏上征途时，发现有1/3的船员不辞而别。汤姆森恼火极了，但也没有办法，只好又花一个月的时间来招募新船员。
5月，“挑战者”号离开澳大利亚到达新西兰，然后折向西北。在1875年的头两个月，他们一直辗转在西北太平洋上，以南中国海为重点进行科学考察。这一期间，他们到中国香港进行补给，原想四五天后即重返南海，哪知上岸之后又有一批船员杳如黄鹤。汤姆森为此又费了不少时间来招兵买马。他在物色水手的时候，听到俄、美、德的船只也来到太平洋进行科学探险。汤姆森立即与全体科学家讨论，大家一致认为太平洋远比人们所了解的要深得多。“挑战者”号义不容辞地要揭开这个奥秘。
1875年3月23日，“挑战者”号来到马里亚纳群岛。经过一系列的水深测量，他们终于测得了8148米的最大水深。他们认为这并不是最深的地方，所以移动了几十千米后又做了一次测深。不过这次他们失败了，因为玻璃压力表被海底深处的巨大压力压得粉碎，根本无法知道这里到底有多深。然而他们的工作终于导致发现了马里亚纳海沟。
1875年夏，他们驾船南驶，一路又做了不少调查。他们到南纬18度线时，便沿该纬度线东行。就在塔希提岛已遥遥在望时，年轻有为的动物学家威廉默斯·苏姆不幸中毒而死去，死的前一天他刚刚度过28岁生日。他在弥留之际的最后一句话是:“上帝，把我留在海的怀里吧。”
“挑战者”号为苏姆举行了隆重的海葬仪式。然后船到塔希提岛停靠，这天是9月13日。
因为怕再因船员逃亡而耽搁行期，所以汤姆森不敢多作停留，就令“挑战者”号向东进发。船从麦哲伦海峡再次进入大西洋。又经过一段时间的考察航行，在1876年5月24日回到英国的斯皮德里特港，完成了海洋学史上前所未有的科学探险。
4年间，“挑战者”号历尽艰难，纵横驰骋三大洋。船上原先雇用的67名水手全都半途逃走，而60名科学家除一人病逝外，都一直坚持到最后。
塔希提岛
“挑战者”虽没有像历次殖民航海探险家那样满载黄金而归，但它对人类的贡献胜于黄金百倍。“挑战者”号航程达127584千米，测遍除北冰洋外的所有大洋，抵达除南极洲外的所有大洲，共观测了263个站位的水温，133个站位的底质取样，151个站位的生物拖网采样，发现了4700多种新的海洋生物。这些资料数据，经76位作者整整花了23年的时间，才完成分析、检验、整理和编辑出版工作。
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