Keď ranná obloha stmavla nad západným Oregonom, tri alpaky Richarda Berryho ustúpili do svojej stodoly. Stmievanie denného svetla a malý dav, ktorý sa zhromaždil na farme Berry - stáda mimomestských obyvateľov s kartónovými slnečnými okuliarmi a kvadrokoptérnymi dronmi - zvieratá strhli. Medzitým a slnko vystupovali nad hlavami vzácny nebeský balet.
21. augusta 2017 sa uskutočnilo prvé úplné zatmenie Slnka, ktoré po 99 rokoch zdobilo obe pobrežia kontinentálnych Spojených štátov. Ale Berry, amatérsky astronóm a bývalý šéfredaktor časopisu Astronomy a skupina študentov z Portland Community College neboli len preto, aby si tento názor užili. Pripravili svoje ďalekohľady a fotoaparáty tak, aby zopakovali najslávnejší zatmovací experiment všetkých čias, prvý úspešný test všeobecnej teórie relativity Alberta Einsteina. Takmer sto rokov pred Veľkým americkým zatmením sa dva tímy astronómov vydali na vzdialené pobrežie, aby pozorovali zatmenie, ktoré by presvedčilo skeptický svet, že teórie gravitácie Isaaca Newtona boli nesprávne.
Jedným z dôsledkov Einsteinovej teórie, ktorá bola prvýkrát publikovaná v roku 1915, je to, že masívne nebeské objekty, podobne ako slnko, ohýbajú textúru časopriestoru okolo seba - takto Einstein vysvetlil gravitačný ťah. Táto teória astrofyziky sa veľmi líši od Newtonovej myšlienky gravitácie ako príťažlivej sily vyvíjanej všetkou hmotou. Podľa Einsteina je akékoľvek svetlo, ktoré sa pohybuje v blízkosti masívneho objektu, ohnuté spolu s časopriestorom. Na začiatku 20. storočia Einstein prišiel so spôsobom, ako demonštrovať túto zdanlivo absurdnú teóriu pomocou úplného zatmenia Slnka.
Einstein položil výzvu nasledovne: Zmeňte polohu hviezd okolo Slnka počas totality, tie vzácne okamihy, keď je slnečné svetlo úplne zablokované Mesiacom, čo umožňuje vidieť hviezdy na pozadí. A pozorujte tie isté hviezdy, keď nie je zatmenie. Keby bola jeho teória všeobecnej relatívne skutočne správna, došlo by k miernemu rozdielu v pozíciách týchto hviezd - zmena neviditeľná pre ľudské oko, ale zistiteľná jemným meraním.
V roku 1919 zorganizovali anglickí astronómovia Arthur Eddington a Frank Dyson výpravy na ostrov Principe pri západnom pobreží Afriky a do Sobralu v Brazílii, aby zistili, či má Einstein pravdu. Osudným dňom bol 29. máj. Keď zverejnili svoje výsledky, svet by nikdy nebol rovnaký - alebo aspoň naše porozumenie.
Arthur Eddington (vľavo) a Frank Dyson (vpravo). (Verejná doména) V roku 2017 Toby Dittrich, profesor fyziky na Portland Community College, koordinoval tucet pozorovacích skupín vrátane Berryho, pričom dvoch svojich študentov poslal na alpakovú farmu a ďalších na horu Oregon, aby zistil, či by mohli urobiť aspoň tak dobre, ako Eddington a Dyson.
Obidve snahy sa museli vyrovnať s technickými výzvami a drsnosťou počasia, pretože znalosť okienka pre pozorovanie úplnosti by bola prchavá.
V roku 1919 mali astronómovia výrazný luxus viac ako päť minút totality. V roku 2017 trvala celková fáza zatmenia pre amerických divákov iba asi dve minúty. Prechádzajúce oblaky alebo vietor by mohli zničiť pozorovania v týchto vzácnych chvíľach - v skutočnosti oblačnosť počas testu úplného zatmenia Slnka v roku 1918 zničila test relativity.
Don Bruns, amatérsky astronóm umiestnený v Casper vo Wyomingu pre zatmenie roku 2017 a koordinovaný s úsilím Dittricha, bol čiastočne inšpirovaný štyrmi neúspešnými pokusmi replikovať experiment Eddington-Dyson medzi rokmi 1936 a 1954.
"Týmto spôsobom som nechal astronómov pokojne odpočívať, " hovorí Bruns.
**********
Odborné znalosti Eddington a Dyson ich urobili dobre vhodnými pre túto úlohu sledujúcu zatmenie. Dyson bol anglický astronom Royal Astronomer Royal a nasmeroval Kráľovské observatórium na Greenwich. Eddington režíroval Cambridge Observatory, a tiež si vytvoril meno v oblasti teórie, aby ukázal, že slnko je schopné existovať tak, ako ho poznáme, a nie zrútiť sa pod vlastnou hmotnosťou, pretože samotné svetlo vyvoláva vonkajší tlak.
Tento obrázok ukazuje flashové spektrum slnečnej chromosféry, druhej až hornej vrstvy slnečnej atmosféry, počas úplného zatmenia 21. augusta 2017 nad Oregonom. Obrázok zachytáva zatmenie pri každej vlnovej dĺžke svetla, ktoré emitujú atómy v chromosfére. Napríklad atómy vodíka vyžarujúce svetlo na vlnovej dĺžke „vodík alfa“ vytvárajú červenú farbu svetla vpravo, zatiaľ čo atómy vápnika vytvárajú fialovú farbu vľavo. (Observatórium Richarda Berryho / Alpaca Meadows) Úsilie Principe, umiestnené na kakaovej plantáži v severozápadnej časti afrického ostrova, vykonali Eddington a Edwin Cottingham. Duo používalo väčšinou požičané vybavenie od Oxfordského observatória, pretože Eddingtonovo vlastné Cambridgeské observatórium nebolo špecializované na zatmenie, podľa novej knihy Daniela Kenneficka, Žiadny tieň pochybností: Eclipse z roku 1919, ktorá potvrdila Einsteinovu teóriu relativity .
Eddington pravdepodobne vykonal všetky analýzy údajov z jeho expedície osobne, hoci neprežili žiadne záznamy, ktoré urobil počas svojej cesty - dokonca ani pôvodné fotografické platne, ktoré časom zmizli. Podľa prvej správy astrofyzika Subrahmanyana Chandrasekhara, Dyson povedal Cottinghamovi, že ak Eddington pozoroval takú deformáciu dvakrát takú veľkú ako to, čo predpovedal Einstein - bizarný výsledok, ktorý by ani Einstein ani Newtonov rámec nečakali - „Eddington sa zblázni a vy budete musí prísť domov sám. “
Medzitým Dyson pri tejto príležitosti skutočne neopustil Anglicko. Do Sobralu v Brazílii vyslal dvoch členov štábu Charlesa Davidsona a Andrewa Crommelina a niektoré vybavenie z jeho observatória. Keď sa vrátili, Dyson usmernil analýzu údajov tímu a spolupracoval s Eddingtonom na záverečnej správe.
Každý z 1919 tímov sa musel vrátiť s dvoma kritickými údajmi zakódovanými na sklenených doskách. Aspoň jedna doska by sa odobrala počas totality, zatiaľ čo druhá sa vyrobila v noci s rovnakými hviezdami na oblohe, ale v popredí žiadne slnko a mesiac. Aj keby sa to urobilo dobre, osoba analyzujúca platne by mala skutočnú výzvu.
„Hviezdy, samozrejme, vyzerali ako malé kruhy na tanieroch, “ hovorí Kennefick. „Ukazuje sa, že zmena polohy je v skutočnosti menšia ako veľkosť kruhu. Takže je to veľmi, veľmi jemné meranie. Je veľmi ťažké vykonať meranie. “
Našťastie sa Dyson živil takýmito pozorovaniami. Jeho normálna práca zahŕňala starostlivé štúdie hviezdnych pozícií a skúmanie malých zmien. Použil malé zariadenie zvané mikrometrická skrutka, ktoré sa pohybovalo cez dosku z jedného bodu do druhého a meralo vzdialenosť medzi predmetmi.
V deň zatmenia v roku 1919 mali šťastie, pretože slnko bolo blízko veľmi jasného zhluku hviezd nazývaného Hyády, ktoré Eddington nazval „zďaleka najlepším stretnutím s hviezdnym poľom.“ Ich jas by uľahčil ich pozorovanie na teleskopickej platni ako slabé hviezdy, ktoré by sa mohli stratiť v oslňovaní vonkajšej oblasti slnečnej atmosféry, nazývali koróna. (Táto prehriata plazma je viditeľná voľným okom iba pri úplnom zatmení Slnka, keď sa zdá, že sa trblieta okolo vymytého slnka.)
Výtlačok expedičnej platne Dyson z roku 1919 s označením, ktoré podľa Dysonovej skupiny urobili známky. (Inštitút Nielsa Bohra, Kodanská univerzita) Aj keď sa experiment s dvoma hrotmi ukázal ako úspešný, pretože sa oba priblížili k Einsteinovej predikcii výšky deformácie, nebolo to bez kontroverzie. Jeden z dvoch ďalekohľadov v sobralskej expedícii vytvoril pochybné vyzerajúce taniere, s hviezdami, ktoré vyzerali skôr ako šmuhy ako kruhy. Zdá sa, že Dyson požiadal o vyhodenie údajov, a niektorí historici sa pýtajú, či skupina Eddington-Dyson bola taká nádejná, aby dokázala Einsteinovi, že nesprávne vyhodil údaje, ktoré nesúhlasili.
Kennefick však tvrdí, že je nepravdepodobné, že by Dyson výsledky poňal. Eddington bol vedec, ktorý pred uskutočnením experimentu hlasne podporoval Einsteinove predpovede a nemal nič spoločné s hádzaním sobralských dosiek.
„Je zriedkavé byť úplne neutrálny vo vede alebo živote, “ píše Kennefick. "Trest Eddingtona za to, že je čestný v formulovaní svojich preferencií, len žiada, aby vedci nečestne potlačovali ich názory."
**********
Einstein nevyzeral príliš znepokojený tým, že jeho vtedajšia teória bude nakoniec podrobená skúške. Niektorí dokonca tvrdia, že bol samoľúby z celého utrpenia, takže si bol istý svojou teóriou, že nebol trochu nervózny z toho, čo by našli výpravy z roku 1919.
„Slávni vedci mu povedali:„ Nemôžem tomu skutočne uveriť, ako si v tom bol pokojný, “hovorí Kennefick. "Boli ako:" Ó, môj Bože, je to neuveriteľné. " A on povedal: „Áno, to som vedel.“
Fotografia Alberta Einsteina z roku 1921. (Univerzálny archív histórie / UIG prostredníctvom Getty Images) Napriek Einsteinovej pochybnosti však chcel, aby sa experiment uskutočnil. Už v roku 1911 napísal ostatným astronómom otázku, či by mohli urobiť takýto pokus o zatmení, a za túto vec aktívne zbieral peniaze. Financoval výpravu nemeckého astronóma Erwina Freundlicha na Krym v roku 1914, aby vykonal zatmenia, ktoré by Eddington nakoniec urobil, ale cesta Freundlicha bola nešťastná. Arcivojvoda Franz Ferdinand bol zavraždený, keď Freundlich prechádzal cez Rusko, vypukla prvá svetová vojna a astronóm bol uväznený carskými mužmi a jeho zariadenie bolo zabavené.
**********
Fyzik a filozof Ilse Rosenthal-Schneider bol údajne s Einsteinom hneď po prijatí telegramu v septembri 1919 so správou, že experiment Eddington-Dyson potvrdil jeho predpovede. Napísala, že Einstein vyzeral šťastne, ale nie nadšene, a jeho nedostatok entuziazmu ju prekvapil.
"Tak povedala:" No, čo by si povedala, keby sa teória našla proti tebe? " Boli by ste v takom prípade sklamaní? ““ Hovorí Kennefick. "A [Einstein] sa usmial a povedal:" Nuž, tak by som sa ospravedlnil drahému pánovi, pretože teória je správna. ""
Výsledky boli formálne prezentované na stretnutí Kráľovskej spoločnosti v Londýne 6. novembra 1919, čím sa Einstein dostal k svetovej sláve. Podľa výroku matematika Alfreda Northa Whiteheada: „Celá napätá atmosféra bola presne atmosféra gréckej drámy: Boli sme zborom, ktorý komentoval dekrét osudu zverejnený pri vývoji najvyššieho incidentu. V inscenácii bola dramatická kvalita - tradičný slávnostný ceremoniál a na pozadí obrázok Newtona, ktorý nám pripomína, že najväčšou slávnostnou generalizáciou bolo teraz, po viac ako dvoch storočiach, dostať prvú zmenu. “
Tento pohľad, vyrobený z 23 samostatných naskladaných obrázkov, ukazuje 42 hviezd, zakrúžkovaných žltou farbou okolo Slnka počas totality. Tvár Mesiaca je viditeľná kvôli „zemskému svitu“ - slnečnému žiareniu odrážanému od Zeme - a potom sa odrazí od Mesiaca. Veľké krúžky ukazujú korónu zachytenú v rôznych časoch expozície. (Observatórium Richarda Berryho / Alpaca Meadows) V roku 1922 však došlo k inému zatmeniu slnka, čo dalo ostatným šancu potvrdiť výsledky Eddingtona a Dysona. Ale samozrejme, v roku 1919 sa astronómovia „nadšili. Boli šťastní. Boli pod napätím. Ale ocenili [mohli] to skontrolovať o tri roky, “hovorí Kennefick. "Nemá zmysel dať šampanské na ľad tri roky."
Pre toto zatmenie v roku 1922 skupina z kalifornského Lick Observatory uskutočnila následný experiment a získala výsledky, ktoré úzko súviseli s Eddingtonom a Dysonom, ale dovtedy sa Einstein už dobre oslávil. (Dyson sa tiež pokúsil zopakovať experiment, ale jeho pohľad bol zahmlený.)
**********
Od roku 1973 sa nepokúšali opakovať experiment Eddington-Dyson, žiadne profesionálne úsilie, pretože zatmenie už nie je potrebné na meranie výchylky slnečného svetla, ktoré predpovedal Einstein. Rádiové teleskopy napríklad umožnili vedcom v 70. rokoch pozorovať slnečné žiarenie ohýbajúce svetlo z kvázarov - super jasné galaktické jadrá, z ktorých každý pozostáva z obrovskej čiernej diery obklopenej diskom, ktorý emituje obrovské množstvo energie - počas dňa bez pomoci. zatmenia.
Väčšina z desiatok amatérskych skupín, ktoré Dittrich v roku 2017 koordinovala, aby zopakovala verziu eclipse na začiatku 20. storočia, sa dozvedela, koľko spôsobov môže jeden beh experimentu prejsť. Na desiatich lokalitách mali účastníci problémy so svojím vybavením, napríklad s napájaním a preťažením alebo atmosférickými turbulenciami, a nezískali použiteľné údaje. Jedna skupina omylom nakopla statív ďalekohľadu v kritickom okamihu. Tieto chyby zdôrazňujú, aké šťastie mali obe expedície v roku 1919 zachytiť všetky použiteľné hviezdy počas totality.
Študenti Berry a Portland Community College, ktorí s ním spolupracovali, boli jednou z dvoch úspešných skupín v rámci spolupráce na 12 stránkach. A potom tu bol Don Bruns, amatérsky astronóm pripravený na akciu v Casper vo Wyomingu. Už viac ako rok sa pripravoval na svoje pozorovania a praktikoval stále a znova na tie zásadné zápisy totality. S jeho pozorovaniami bol „veľkolepo úspešný“, hovorí Dittrich.
Amatérski astronómovia, ktorí sa chystajú pozorovať úplné zatmenie Slnka v roku 2017. Zľava doprava: Abraham Salazar (študent), Jacob Sharkansky (študent), Richard Berry (amatérsky astronóm), Steve Pinkston (študent) a Toby Dittrich (profesor). (S privolením Richarda Berryho) Údaje z expedície Eddingtonovho princípu sa preložili do mierneho vychýlenia 1, 6 sekundy - uhlové meranie vzdialenosti po oblohe - zatiaľ čo tabuľky od Dysonovej posádky v Sobrali navrhli 1, 98 sekundy a rozpätie neistoty približne 30 percent. V roku 2017 Bruns, optický fyzik vo výslužbe, zhotovil snímky, ktoré sa preložili presne na počet, ktorý Einstein predpovedal - odklon 1, 7512 sekundy - s neistotou spojenou s atmosférickými turbulenciami iba 3 percentá.
Za svoju prácu na tomto úsilí získal Bruns Chambliss Amateur Achievement Award americkej astronomickej spoločnosti. Výsledky boli publikované v časopise Classical and Quantum Gravity.
Berry, Bruns a Dittrich sa už tešia na rok 2024, keď nabudúce úplné zatmenie Slnka prinesie do Spojených štátov kúzlo totality, ktoré bude prebiehať diagonálne z Texasu do Maine. Dittrich hovorí, že skupina chce naplánovať väčšie úsilie na zopakovanie experimentu, s možno ešte presnejšími výsledkami, ako Bruns získal v roku 2017, ak môžu znížiť neistotu v dôsledku vzdušných turbulencií.
Pri spätnom pohľade na experiment Eddington-Dyson je Berry stále ohromený tým, čo tímy urobili pred 100 rokmi.
„Bol to experiment, ktorý sa musel urobiť, a skutočne to zmenilo. Ak len sledujete vývoj relativity a potom kvantovej mechaniky a vecí, ktoré nasledovali, “povedal Berry, „ náš moderný svet úplne závisí od toho, ako sa tieto veci odohrajú. “
