Другая задача, поставленная перед экспедицией на «Бигле», имела очень большое научное значение: произвести хронометрические измерения в последовательном по широте ряде пунктов вокруг Земли, чтобы точно определить меридианы этих пунктов. Именно для этого «Бигль» под командой Фицроя и должен был совершить кругосветное плавание.
Английские хронометрические экспедиции, снаряжавшиеся после наполеоновских войн в те моря, которые еще не были достаточно освоены торговым флотом, в действительности преследовали не «чисто научные цели», а подготовляли военную и торговую экспансию Англии.
А для этого в первую очередь нужно было проверить старые морские карты берегов Южной Америки и составить новые, более точные, основанные на ряде хронометрических определений долгот. Таким образом, оба задания, полученные командиром «Бигля» для экспедиции, — гидрографическое и «высоконаучное» — были взаимно связаны.
Фицрой интересовался естественной историей и поэтому пригласил участвовать в новой экспедиции только что окончившего Кембриджский университет двадцатидвухлетнего натуралиста Чарлза Роберта Дарвина, который был определен в эту экспедицию сверх штата. В 1831 году никто не подозревал, что именно благодаря его участию экспедиция на «Бигле» войдет в историю мировой науки как одно из наиболее значительных научных предприятий XIX века.
Находясь в Атлантическом океане до зимы 1834 года, офицеры «Бигля» произвели новые съемки Ла-Платы, заливов Вайя-Бланка, Сан-Матиас, Сан-Хорхе и Баия-Гранде. Дарвин за это время совершал экскурсии, изучая природу Уругвая, нижней Параны, Аргентинской Пампы и северо-восточной Патагонии.
В середине апреля 1834 года «Бигль» стал на якорь в устье Санта-Крус, и Фицрой решил продолжить исследование, начатое Стоксом. Вверх по реке он повел (18 апреля) три шлюпки с командой в 25 человек, считая, что с таким отрядом можно отбить даже большой отряд патагонских индейцев, которые не имели оснований дружественно относиться к европейцам. Выше того места, куда доходил прилив и где вода стала пресной, река неизменно имела в ширину примерно 300–400 метров, глубина ее достигала 5 метров.
Путешественники, поднимаясь вверх по реке, проходили в день с большими усилиями 20–30 километров. 5 мая, когда они находились, по их расчету, довольно точному, примерно в 260 километрах от Атлантического океана и в 110 километрах от Тихого океана, а впереди отчетливо видна была снежная цепь Патагонских Анд, они повернули обратно. Теперь шлюпки мчались вниз по течению, проходя более 20 километров в час. Через три дня они были в устье Санта-Крус. «Все, кроме меня, — говорит Дарвин, — имели основание быть недовольными; но мне экспедиция принесла знакомство с интереснейшим разрезом великой третичной формации Патагонии». Эта трехнедельная экскурсия по небольшой реке дала великому натуралисту нужный ему дополнительный и очень важный материал для геологического обобщения о строении Патагонского ступенчатого плато.
В первый раз Огненной Земли «Бигль» достиг 16 декабря 1832 года и оставался там почти до 25 февраля 1833 года, то есть провел там лето южного полушария; вторично он находился у Огненной Земли 2 февраля — 5 марта 1834 года. Дарвин описал быт и обычаи огнеземельцев.
22 декабря «Бигль» в ясный и светлый день обогнул мыс Горн. Но ночью поднялся сильный встречный ветер, а когда на следующий день «Бигль» снова подошел к Горну, мыс был: