尔格·福斯特遂取而代之成为第二次旅程的随船科学家。
第二次探索（1772年－1775年）.从第一次探索返国后不久，库克就在1771年8月29日获擢升为海军中校。翌年，库克再次受皇家学会所托，展开第二次航海旅程，探索传闻中「未知的南方大陆」。在第一次探索中，库克已经证明纽西兰并不接壤任何大陆，而虽然他几乎勘察了整个澳洲大陆东岸，但从测绘的资料所得，澳洲大陆的规模仍然不及那块神秘大陆，因此那块大陆是否存在，在当时仍然是一个谜。一般相信，如果这块「未知的南方大陆」是存在的，就应该比澳洲大