250px|right|thumb|Monumentos da Determinação da Longitude Internacional no , Xangai.
A história da longitude descreve o esforço de séculos por astrônomos, cartógrafos e navegadores para descobrir um meio de determinar a longitude (a posição leste-oeste) de qualquer lugar na Terra. A medição da longitude é importante tanto para a cartografia quanto para a navegação. Em particular, para uma navegação oceânica segura, é necessário o conhecimento tanto da latitude quanto da longitude; no entanto, a latitude pode ser determinada com boa precisão por meio de observações astronômicas locais.
Encontrar um método preciso e prático para determinar a longitude levou séculos de estudo e invenção por alguns dos maiores cientistas e engenheiros. Determinar a longitude em relação ao meridiano que passa por uma localização fixa exige que as observações estejam vinculadas a uma escala de tempo que seja a mesma em ambos os locais; assim, o problema da longitude se reduz a encontrar uma maneira de coordenar relógios em lugares distantes. As primeiras abordagens usavam eventos astronômicos que podiam ser previstos com grande precisão, como eclipses, e a construção de relógios, conhecidos como cronômetros, que pudessem manter o tempo com precisão suficiente enquanto eram transportados por longas distâncias em navios.
A invenção de John Harrison de um cronômetro que podia manter o tempo no mar com precisão suficiente para ser prático na determinação da longitude foi reconhecida em 1773 como a primeira a permitir a determinação da longitude no mar. Métodos posteriores usaram o telégrafo e, em seguida, o rádio para sincronizar relógios. Hoje, o problema da longitude foi resolvido com precisão centimétrica por meio da navegação por satélite.
Longitude antes do telescópio
Eratóstenes, no século III a.C., propôs pela primeira vez um sistema de latitude e longitude para um mapa do mundo. Seu meridiano primário (linha de longitude) passava por Alexandria e Rodes, enquanto seus paralelos (linhas de latitude) não eram espaçados regularmente, mas passavam por localizações conhecidas, muitas vezes em detrimento de serem linhas retas. No século II a.C., Hiparco usava um sistema de coordenadas sistemático, baseado na divisão do círculo em 360°, para especificar de forma única lugares na Terra. Assim, as longitudes podiam ser expressas em graus a leste ou oeste do meridiano principal, como se faz hoje (embora o meridiano principal seja diferente). Ele também propôs um método para determinar a longitude comparando a hora local de um eclipse lunar em dois lugares diferentes, para obter a diferença de longitude entre eles. Este método não era muito preciso, dadas as limitações dos relógios disponíveis, e foi raramente utilizado – possivelmente apenas uma vez, usando o eclipse de Arbela de 330 a.C. Mas o método é sólido, e este é o primeiro reconhecimento de que a longitude pode ser determinada pelo conhecimento preciso do tempo.
thumb|350px|Mapa do Mediterrâneo por Ptolomeu sobreposto a um mapa moderno, com Greenwich como longitude de referência. Ptolomeu, no século II d.C., baseou seu sistema de mapeamento em distâncias estimadas e direções relatadas por viajantes. Até então, todos os mapas usavam uma grade retangular com latitude e longitude como linhas retas que se cruzavam em ângulos retos. Para grandes áreas, isso leva a uma distorção inaceitável, e para seu mapa do mundo habitado, Ptolomeu usou projeções (para usar o termo moderno) com paralelos curvos que reduziam a distorção. Não existem mapas (ou manuscritos de sua obra) anteriores ao século XIII, mas em sua Geografia ele deu instruções detalhadas e coordenadas de latitude e longitude para centenas de localizações que são suficientes para recriar os mapas. Embora o sistema de Ptolomeu seja bem fundamentado, os dados reais usados são de qualidade muito variável, levando a muitas imprecisões e distorções. Além das dificuldades em estimar distâncias retilíneas e direções, a mais importante delas é uma superestimativa sistemática das diferenças de longitude. Assim, pelas tabelas de Ptolomeu, a diferença de longitude entre Gibraltar e Sídon é de 59° 40' 0", comparada ao valor moderno de 40° 23'0", cerca de 48% maior. Russo (2013) analisou essas discrepâncias e conclui que grande parte do erro decorre da subestimativa de Ptolomeu do tamanho da Terra, em comparação com a estimativa mais precisa de Eratóstenes – o equivalente a 500 estádios por grau, em vez de 700. Dadas as dificuldades das medidas astronômicas de longitude na época clássica, a maioria, senão todos, dos valores de Ptolomeu teria sido obtida a partir de medidas de distância e convertida em longitude usando o valor de 500.
Os antigos astrônomos hindus conheciam o método de determinação da longitude a partir de eclipses lunares, pressupondo uma Terra esférica. O método é descrito no , um tratado sânscrito sobre astronomia indiana que se pensa datar do final do século IV ou início do século V d.C. As longitudes eram referenciadas a um meridiano primário que passava por Avantī, a moderna Ujaim. As posições relativas a este meridiano eram expressas em termos de diferenças de comprimento ou tempo, mas os graus não eram usados na Índia naquela época. Não está claro se este método foi posto em prática.
Os estudiosos islâmicos conheciam a obra de Ptolomeu pelo menos desde o século IX d.C., quando foi feita a primeira tradução de sua Geografia para o árabe. Ele era muito respeitado, embora seus erros fossem conhecidos. Um de seus desenvolvimentos foi adicionar mais localizações às tabelas geográficas de Ptolomeu com latitudes e longitudes e, em alguns casos, melhorar a precisão. Os métodos usados para determinar a maioria das longitudes não são fornecidos, mas alguns relatos dão detalhes. Observações simultâneas de dois eclipses lunares em duas localizações foram registradas por Albatani em 901, comparando Antáquia com Raqqa, determinando a diferença de longitude entre as duas cidades com um erro inferior a 1°. Isso é considerado o melhor que se podia alcançar com os métodos então disponíveis – observação do eclipse a olho nu e determinação da hora local usando um astrolábio para medir a altitude de uma "estrela-relógio" adequada. Albiruni, no início do século XI d.C., também usou dados de eclipses, mas desenvolveu um método alternativo envolvendo uma forma inicial de triangulação. Para duas localizações que diferem tanto em longitude quanto em latitude, se as latitudes e a distância entre elas forem conhecidas, bem como o tamanho da Terra, é possível calcular a diferença de longitude. Com este método, Albiruni estimou a diferença de longitude entre Bagdá e Gásni usando estimativas de distância de viajantes por duas rotas diferentes (e com um ajuste um tanto arbitrário para a sinuosidade das estradas). Seu resultado para a diferença de longitude entre as duas cidades difere em cerca de 1° do valor moderno. Mercier (1992) observa que esta é uma melhoria substancial em relação a Ptolomeu, e que uma melhoria comparável na precisão só ocorreria no século XVII na Europa.
Enquanto o conhecimento de Ptolomeu (e, de modo mais geral, da ciência e filosofia gregas) crescia no mundo islâmico, ele diminuía na Europa. O resumo de John Kirtland Wright (1925) é sombrio: "Podemos ignorar a geografia matemática do período cristão [na Europa] antes de 1100; nenhuma descoberta foi feita, nem houve qualquer tentativa de aplicar os resultados de descobertas mais antigas. ... Ptolomeu foi esquecido e os trabalhos dos árabes neste campo ainda eram desconhecidos". Nem tudo foi perdido ou esquecido; Beda em seu afirma a esfericidade da Terra. Mas seus argumentos são os de Aristóteles, retirados de Plínio. Beda não acrescenta nada original.
Há mais coisas notáveis no período medieval posterior. Wright (1923) cita uma descrição de sobre um eclipse lunar na Itália (19 de outubro de 1094), que ocorreu pouco antes do amanhecer. Ao retornar à Inglaterra, ele comparou anotações com outros monges para estabelecer o horário de suas observações, que foi antes da meia-noite. A comparação foi casual demais para permitir uma medição das diferenças de longitude, mas o relato mostra que o princípio ainda era compreendido. No século XII, tabelas astronômicas foram preparadas para várias cidades europeias, baseadas no trabalho de al-Zarqālī em Toledo, Espanha. Elas tiveram que ser adaptadas ao meridiano de cada cidade, e está registrado que o eclipse lunar de 12 de setembro de 1178 foi usado para estabelecer as diferenças de longitude entre Toledo, Marselha e Hereford. As tabelas de Hereford também adicionaram uma lista de mais de 70 localizações, muitas no mundo islâmico, com suas longitudes e latitudes. Estas representam uma grande melhoria em relação às tabulações semelhantes de Ptolomeu. Por exemplo, as longitudes de Ceuta e Tiro são dadas como 8° e 57° (leste do meridiano das Ilhas Canárias), uma diferença de 49°, em comparação com o valor moderno de 40,5°, uma superestimativa de menos de 20%. Em geral, o período medieval posterior mostrou um interesse crescente pela geografia e uma disposição para fazer observações estimuladas pelo aumento das viagens (incluindo peregrinações e as Cruzadas) e pela disponibilidade de fontes islâmicas da Espanha e do Norte da África. No final do período medieval, a obra de Ptolomeu tornou-se diretamente disponível com as traduções feitas em Florença no final do século XIV e início do século XV.
Os séculos XV e XVI foram a época das viagens de descoberta e conquista portuguesas e espanholas. Em particular, a chegada dos europeus ao Novo Mundo levou a questões sobre onde eles realmente estavam. Cristóvão Colombo fez duas tentativas de descobrir sua longitude observando eclipses lunares. A primeira foi na Ilha Saona, agora na República Dominicana, durante sua segunda viagem. Ele escreveu: "No ano de 1494, quando eu estava na Ilha Saona, que fica na ponta leste da ilha Española [ou seja, Hispaniola], houve um eclipse lunar em 14 de setembro, e notamos que havia uma diferença de mais de cinco horas e meia entre lá [Saona] e o Cabo S. Vicente, em Portugal". Ele não conseguiu comparar suas observações com as da Europa, e supõe-se que ele tenha usado tabelas astronômicas como referência. A segunda tentativa foi na costa norte da Jamaica em 29 de fevereiro de 1504, durante sua quarta viagem. Seus resultados foram altamente imprecisos, com erros de longitude de 13 e 38° W, respectivamente. Randles (1985) documenta a medição da longitude por portugueses e espanhóis entre 1514 e 1627, tanto nas Américas quanto na Ásia, com erros variando de 2° a 25°.
Telescópios e relógios thumb|Arco mural de John Flamsteed. O telescópio foi montado em uma estrutura com um raio de cerca de 2 metros. Estava fixado a uma parede alinhada com o meridiano. Havia um mecanismo de cremalheira e um micrômetro, que não são mostrados. Em 1608, foi submetida uma patente ao governo dos Países Baixos para um telescópio refrator. A ideia foi adotada, entre outros, por Galileu, que fez seu primeiro telescópio no ano seguinte e começou sua série de descobertas astronômicas que incluíram os satélites de Júpiter, as fases de Vênus e a resolução da Via Láctea em estrelas individuais. No meio século seguinte, as melhorias na óptica e o uso de montagens calibradas, grades ópticas e micrômetros para ajustar posições transformaram o telescópio de um dispositivo de observação em uma ferramenta de medição precisa.