Pe măsură ce cerul de dimineață s-a întunecat peste vestul Oregonului, cele trei alpacuri ale lui Richard Berry s-au retras în hambarul lor. Lumina întunecată a zilei și mica aglomerație care se adunase la ferma Berry - turme de oameni din afara orașelor, cu ochelari solari din carton și drone cu patru cvadroni - au stresat animalele. Între timp, luna și soarele executau deasupra capului un balet ceresc rar.
Pe 21 august 2017, prima eclipsă totală solară care a grațiat ambele coaste ale Statelor Unite ale Americii continentale în 99 de ani a fost în curs de desfășurare. Dar Berry, un astronom amator și fost redactor-șef al revistei Astronomie și un grup de studenți de la Portland Community College nu au fost doar acolo pentru a se bucura de priveliște. Își pregătiseră telescoapele și echipamentele pentru camere pentru a repeta cel mai cunoscut experiment de eclipse din toate timpurile, primul test de succes al teoriei generale a relativității lui Albert Einstein. Cu aproape o sută de ani înaintea Marii Eclipse americane, două echipe de astronomi s-au aventurat pe țărmurile îndepărtate pentru a observa o eclipsă care ar convinge o lume sceptică că teoriile gravitației lui Isaac Newton erau greșite.
O consecință a teoriei lui Einstein, publicată pentru prima dată în 1915, este aceea că obiectele cerești masive, precum soarele, îndoaie materialul spațial în jurul lor - așa cum a explicat Einstein atragerea gravitației. Această teorie a astrofizicii este foarte diferită de ideea lui Newton a gravitației ca forță atrăgătoare exercitată de toată materia. Potrivit lui Einstein, orice lumină care călătorește în apropierea unui obiect masiv este îndoită împreună cu spațiul. La începutul secolului XX, Einstein a venit cu o modalitate de a demonstra această teorie aparent absurdă folosind o eclipsă totală solară.
Einstein a prezentat provocarea după cum urmează: Diagramați pozițiile stelelor în jurul soarelui în timpul totalității, acele momente prețioase în care lumina directă a soarelui este total blocată de lună, permițând să se vadă stelele din fundal. Și, observați aceleași stele atunci când nu există o eclipsă. Dacă teoria lui generală relativ relativ ar fi într-adevăr corectă, ar exista o ușoară diferență în pozițiile acelor stele - o schimbare invizibilă pentru ochiul uman, dar detectabilă prin măsurători fine.
În 1919, astronomii englezi Arthur Eddington și Frank Dyson au organizat expediții pe insula Principe în largul coastei de vest a Africii și, respectiv, în Sobral, Brazilia, pentru a vedea dacă Einstein avea dreptate. Ziua fatidică a fost 29 mai. Odată ce și-au făcut publice rezultatele, lumea nu va fi niciodată aceeași - sau cel puțin, înțelegerea noastră despre aceasta.
Arthur Eddington (stânga) și Frank Dyson (dreapta). (Domeniu public) În 2017, Toby Dittrich, profesor de fizică la Portland Community College, a coordonat o duzină de grupuri de observații, inclusiv Berry's, trimitând doi dintre studenții săi la ferma de alpaca și alții într-un munte din Oregon pentru a vedea dacă ar putea face cel puțin la fel de bine ca Eddington și Dyson.
Ambele eforturi au trebuit să se confrunte cu provocările tehnice și neputința vremii, știind fereastra de oportunitate pentru observarea totalității va fi trecătoare.
În 1919, astronomii au avut luxul distinct de mai mult de cinci minute de totalitate. În 2017, faza totală a eclipsei a durat doar aproximativ două minute pentru telespectatorii americani. Trecerea de nori sau vânt ar putea strica observațiile în acele momente prețioase - de fapt, acoperirea de nori a stricat un test de relativitate în timpul eclipsei solare totale din 1918 din SUA.
Don Bruns, un astronom amator staționat la Casper, Wyoming pentru eclipsa din 2017 și care se coordonează cu efortul lui Dittrich, s-a inspirat parțial din patru încercări eșuate de a reproduce experimentul Eddington-Dyson între 1936 și 1954.
„Făcând acest lucru, am lăsat un pic astronomii să se odihnească în pace”, spune Bruns.
**********
Experiența respectivă a lui Eddington și Dyson i-a făcut să se adapteze bine acestei sarcini de urmărire a eclipsei. Dyson a fost astronomul Regal al Angliei și a condus Observatorul Regal la Greenwich. Eddington a direcționat Observatorul Cambridge și și-a făcut un nume pentru el însuși pe tărâmul teoriei pentru că a arătat că soarele este capabil să existe așa cum îl știm, în loc să se prăbușească sub propria greutate, deoarece lumina însăși exercită o presiune exterioară.
Această imagine arată spectrul fulger al cromosferei soarelui, al doilea strat de sus al atmosferei soarelui, în timpul totalității eclipsei din 21 august 2017 asupra Oregonului. Imaginea surprinde eclipsa la fiecare lungime de undă a luminii pe care o emit atomi din cromosferă. De exemplu, atomii de hidrogen care emit lumină la lungimea de undă „hidrogen alfa” produc o culoare roșie a luminii la dreapta, în timp ce atomii de calciu produc violetul din stânga. (Richard Berry / Observatorul Alpilor Meadows) Efortul Principe, staționat la o ghișeu de cacao din partea de nord-vest a insulei africane, a fost realizat de Eddington și Edwin Cottingham. Duo-ul a folosit în mare parte echipament împrumutat de la Oxford Observatory, întrucât propriul Observator Cambridge de la Eddington nu era specializat pentru eclipse, potrivit noii cărți a lui Daniel Kennefick, No Shadow of a Doubt: The Eclipse 1919 that Confirmed The Einstein of Relativity .
Eddington a făcut probabil toate analizele datelor din expediția sa personal, deși nu au supraviețuit înregistrări pe care le-a făcut în timpul călătoriei sale - nici măcar plăcile fotografice originale, care au dispărut în timp. Potrivit relatării de primă folosință a astrofizicianului Subrahmanyan Chandrasekhar, Dyson a spus lui Cottingham că dacă Eddington observa o cantitate de deviere de două ori mai mare decât ceea ce a prezis Einstein - un rezultat bizar pe care nici Einstein și nici cadrul lui Newton nu l-ar anticipa - „Eddington va înnebuni, iar tu vei face trebuie să vin acasă singur ”.
Între timp, Dyson nu a părăsit Anglia pentru această ocazie. În Sobral, Brazilia, a trimis doi membri ai personalului său, Charles Davidson și Andrew Crommelin, și câteva echipamente de la observatorul său. Când s-au întors, Dyson a direcționat analiza datelor echipei și a colaborat cu Eddington la raportul final.
Fiecare dintre cele 1919 echipe trebuia să se întoarcă cu două bucăți critice de date codificate pe plăci de sticlă. Cel puțin o placă ar fi luată în timpul totalității, în timp ce cealaltă a fost făcută noaptea cu aceleași stele pe cer, dar niciun soare și lună în prim plan. Chiar dacă acest lucru s-ar face bine, persoana care analizează plăcile ar avea o adevărată provocare.
„Stelele, desigur, arătau ca niște cercuri mici pe farfurii”, spune Kennefick. „Se dovedește că schimbarea poziției este de fapt mai mică decât dimensiunea cercului. Deci, este o măsurare foarte, foarte fină de făcut. Este o măsurare foarte dificilă de făcut. ”
Din fericire, Dyson și-a făcut viața făcând astfel de observații. Munca sa normală a implicat studii atente ale pozițiilor stelare și examinarea unor mici modificări. A folosit un dispozitiv mic numit șurub micrometru, care s-a deplasat pe placă de la un punct la altul și a măsurat distanța dintre obiecte.
Au avut noroc în ziua eclipsei din 1919, deoarece soarele era aproape de un grup de stele foarte strălucit, numit Hyades, pe care Eddington îl numea „de departe cel mai bun câmp de stele întâlnit.” Luminozitatea lor le-ar face mai ușor de observat pe o placă de telescop. decât stele slabe, care se puteau pierde în strălucirea regiunii exterioare a atmosferei soarelui, numită corona. (Această plasmă supraîncălzită este vizibilă doar cu ochiul liber în timpul unei eclipse solare totale, atunci când pare să strălucească în jurul soarelui distins.)
O placă de copiere a plăcii de expediție Dyson din 1919, cu marcaje cred că a fost făcută de grupul lui Dyson. (Institutul Niels Bohr, Universitatea Copenhaga) Deși experimentul cu două înțelegeri s-a dovedit a fi reușit, amândoi apropiindu-se de predicția lui Einstein pentru cantitatea de deviere, nu a fost lipsită de controverse. Unul dintre cele două telescoape din expediția Sobral a produs farfurii cu aspect dubios, cu stele care arătau mai degrabă ca niște cercuri. Dyson pare să fi făcut apelul pentru a arunca datele, iar unii istorici se întreabă dacă grupul Eddington-Dyson era atât de sperant să dovedească dreptate lui Einstein că au aruncat în mod necorespunzător date care nu erau de acord.
Dar Kennefick spune că este puțin probabil ca Dyson să fi aflat rezultatele. Eddington a fost omul de știință care a susținut vocal predicțiile lui Einstein înainte de a avea loc experimentul și nu a avut nimic de-a face cu aruncarea plăcilor Sobral.
„Este rar să fii complet neutru în știință sau în viață”, scrie Kennefick. „Pedepsirea lui Eddington pentru că este sincer în a-și exprima preferințele înseamnă doar a cere ca oamenii de știință să-și suprime în mod necinstit părerile.”
**********
Einstein nu părea prea îngrijorat ca teoria sa de atunci să fie pusă la încercare. Unii chiar au sugerat că era contrabandă cu privire la întregul calvar, atât de sigur de teoria lui că nu era cel mai puțin nervos de ceea ce vor găsi expedițiile din 1919.
„Oameni de știință celebri i-au spus:„ Nu pot să cred cu adevărat cât de calm ai fost în acest sens ”, spune Kennefick. „Au fost ca:„ Dumnezeule, este incredibil. ” Și el spunea: „Da, știam.”
Fotografie a lui Albert Einstein din 1921. (Arhiva de istorie universală / UIG prin Getty Images) Dar, în ciuda lipsei de îndoială a lui Einstein, a dorit ca experimentul să fie realizat. Încă din 1911, el îi scrisese altor astronomi întrebând dacă ar putea face acest tip de experiment de eclipse, iar el a strâns activ bani pentru cauză. El a finanțat expediția astronomului german Erwin Freundlich în Crimeea, în 1914, pentru a face observațiile despre eclipsă pe care Eddington avea să le facă în cele din urmă, dar călătoria lui Freundlich a suferit o soartă rea. Arhiducele Franz Ferdinand a fost asasinat în timp ce Freundlich traversa Rusia, a izbucnit primul război mondial, iar astronomul a fost arestat de oamenii țarului, echipamentul său fiind confiscat.
**********
Fizicianul și filozoful Ilse Rosenthal-Schneider s-a aflat cu Einstein imediat după ce a primit o telegramă în septembrie 1919 cu știrea că experimentul Eddington-Dyson a confirmat predicțiile sale. Ea a scris că Einstein părea fericit, dar nu extaz, iar lipsa lui de entuziasm a surprins-o.
„Deci, ea a spus:„ Ei, ce ai fi spus dacă teoria s-ar fi găsit împotriva ta? Ați fi fost dezamăgiți în acel eveniment? ”, Spune Kennefick. „Și [Einstein] a zâmbit și mi-a spus:„ Păi atunci mi-ar fi părut rău pentru dragul domn, pentru că teoria este corectă ”.
Rezultatele au fost prezentate în mod oficial la întâlnirea Royal Society de la Londra, la 6 noiembrie 1919, propulsându-l pe Einstein spre faima mondială. Potrivit relatării matematicianului Alfred North Whitehead: „Întreaga atmosferă de interes tensionat a fost exact aceea a dramei grecești: Am fost refrenul care a comentat decretul destinului, așa cum este prezentat în dezvoltarea unui incident suprem. Există o calitate dramatică chiar în scenă - ceremonia tradițională, iar în fundal imaginea lui Newton pentru a ne aminti că cea mai mare dintre generalizări ceremoniale a fost acum, după mai bine de două secole, să primească prima sa modificare. "
Această vedere, realizată din 23 de imagini stivuite individuale, arată 42 de stele, înconjurate în galben, în jurul soarelui în timpul totalității. Fața lunii este vizibilă din cauza „pământului” - lumina soarelui reflectată de Pământ - apoi sări de pe lună. Inelele mari prezintă corona capturată la diferite perioade de expunere. (Richard Berry / Observatorul Alpilor Meadows) Cu toate acestea, a existat o altă eclipsă solară în 1922, oferind celorlalți o șansă de a corobora rezultatele lui Eddington și Dyson. Dar, în mod natural, în 1919, astronomii „s-au entuziasmat. Ei erau fericiti. Au fost energizați. Dar au apreciat că [ar putea] să-l verifice în trei ani ”, spune Kennefick. „Nu are rost să puneți șampania pe gheață timp de trei ani.”
Pentru acea eclipsă din 1922, un grup de la Observatorul Lick din California a făcut un experiment de urmărire și a obținut rezultate care s-au aliniat strâns cu Eddington și Dyson, dar până atunci, Einstein era deja bine sărbătorit. (Dyson a încercat, de asemenea, repetarea experimentului, dar punctul său de vedere a fost întunecat.)
**********
Niciun efort profesional nu a încercat să reproducă experimentul Eddington-Dyson din 1973, întrucât eclipsele nu mai sunt necesare pentru măsurarea devierii de lumină a soarelui pe care a prezis-o Einstein. Telescoapele radio, de exemplu, le-au permis oamenilor de știință din anii ’70 să observe lumina aplecată de soare din cvasari - nuclee galactice super-strălucitoare, fiecare constând dintr-o gaură neagră gigantă înconjurată de un disc care emite cantități enorme de energie - în timpul zilei, fără ajutor a unei eclipse.
Majoritatea celor zeci de grupuri de amatori Dittrich s-au coordonat în 2017 pentru a repeta versiunea de început a secolului XX a experimentului de eclipsă, au aflat cât de multe moduri pot trece printr-o singură derulare a unui experiment. La zece site-uri, participanții au avut probleme cu echipamentul lor, cum ar fi alimentarea cu energie electrică și supraexpunerea sau turbulența atmosferică și nu au obținut date utilizabile. Un grup a lovit accidental trepiedul telescopului într-un moment critic. Aceste erori subliniază cât de norocoși ambele expediții din 1919 au capturat orice stele utilizabile în timpul totalității.
Berry și studenții Colegiului Comunității Portland care lucrează cu el au fost unul dintre cele două grupuri de succes în colaborarea cu 12 site-uri. Și apoi a fost Don Bruns, acel astronom amator pregătit pentru acțiune în Casper, Wyoming. El se pregătea de mai bine de un an pentru observațiile sale, și exersase din nou pentru acele minute cruciale de totalitate. Dittrich a spus că a avut un „succes spectaculos” cu observațiile sale.
Astronomi amatori care se pregătesc să observe eclipsa totală din 2017. De la stânga la dreapta: Abraham Salazar (student), Jacob Sharkansky (student), Richard Berry (astronom amator), Steve Pinkston (student) și Toby Dittrich (profesor). (Cu amabilitatea lui Richard Berry) Datele din expediția Principe a lui Eddington s-au tradus într-o ușoară deviere de 1, 6 secunde - o măsurare unghiulară a distanței pe cer - în timp ce plăcile din echipajul lui Dyson din Sobral au sugerat 1, 98 arcsecunde și o marjă de incertitudine de aproximativ 30%. În 2017, Bruns, fizician optic pensionar, a realizat imagini care s-au tradus în numărul exact pe care Einstein îl va prezice - o deviere de 1.7512 arcsecunde - cu o incertitudine, legată de turbulența atmosferică, de doar 3 la sută.
Pentru munca sa în acest demers, Bruns a câștigat premiul Chambliss Amateur Achievement al American Astronomical Society. Rezultatele sale au fost publicate în revista Classical and Quantum Gravity.
Berry, Bruns și Dittrich așteaptă deja cu nerăbdare până în 2024, data viitoare când o eclipsă totală solară va aduce magia totalității în Statele Unite, mergând în diagonală din Texas până la Maine. Dittrich spune că grupul dorește să planifice un efort mai mare pentru a repeta experimentul, cu rezultate posibil chiar mai exacte decât Bruns au obținut în 2017 dacă pot reduce incertitudinea din cauza turbulenței aerului.
Privind înapoi la experimentul Eddington-Dyson, Berry este încă trezit de semnificația a ceea ce au făcut echipele în urmă cu 100 de ani.
„A fost un experiment care trebuia făcut și, într-adevăr, a făcut o diferență. Dacă urmărești doar dezvoltarea relativității, apoi mecanica cuantică și lucrurile care au urmat ”, a spus Berry, „ lumea noastră modernă depinde total de aceste lucruri care s-au întâmplat ”.
