Les expéditions devaient savoir où elles étaient et où elles allaient. Les navigateurs prenaient régulièrement leur position, surtout lorsque les navires mettaient le cap vers la haute mer ou qu’ils entraient dans des parties du monde éloignées de points de repère familiers. Le 18e siècle a vu l’introduction d’instruments d’avant-garde qui ont aidé les navigateurs. Ces instruments étaient souvent fabriqués avec des matières solides comme le laiton, mais ils étaient basés sur les anciennes pratiques de navigation céleste qui utilisent le Soleil, la Lune et les étoiles.
Un des plus anciens instruments de navigation est le quadrant. Il avait la forme d’une balance taillée en biseau qui formait un quart de cercle ou 90 degrés. On prenait l’angle de l’étoile du Nord au-dessus de l’horizon en enlignant l’étoile avec les relèvements sur le bord du quadrant. Un poids suspendu au quadrant pendait au-dessus d’un point marqué pour donner une mesure verticale des degrés de latitude.
Bien que Sir Isaac Newton a écrit à propos de la technologie de mesure des angles, c’est au cours du 18e siècle que les instruments de navigation sont devenus pratiques et fonctionnels. Dans les années 1730, deux inventeurs indépendants, un Américain et un mathématicien anglais, ont développé l’octant, qui utilisait un huitième de cercle ou 45 degrés comme arc. L’octant fonctionnait avec des miroirs doubles réfléchissants, qui ont été utilisés plus tard dans le sextant.
Le sextant est un instrument qui mesure la position des corps célestes au-dessus de l’horizon et qui utilise des calculs pour déterminer une position sur la Terre. Le premier sextant manuel, basé sur un arc d’un sixième de cercle ou 60 degrés, a été créé en 1759. Il était plus précis que les instruments de positionnement d’auparavant, comme l’astrolabe, parce que les miroirs à l’intérieur du sextant permettaient de mesurer les angles à partir de l’horizon de la Terre (ou un faux horizon utilisé dans des situations de brouillard lorsque l’horizon n’était pas visible) plutôt que le faux horizon créé par la position de l’instrument même.
Les navigateurs regardaient au travers d’un oculaire pour « prendre un relevé » avec le sextant. Certains sextants utilisent un miroir pour refléter l’horizon dans une moitié de la vision et l’objet céleste dans l’autre moitié. Un autre modèle de sextant utilisait un miroir pour refléter seulement l’horizon. Puis, on pouvait ajuster un bras mobile, aussi équipé de miroir reflétant la lumière, le long de l’arc de l’instrument pour surimposer la vision du corps céleste sur celle de l’horizon. On pouvait calculer une position avec ce relevé.
