Aamuvaivan tummentuessa Länsi-Oregonin yli, Richard Berryn kolme alpakaa vetäytyivät latoonsa. Hämärä päivänvalo ja pieni väkijoukko, joka oli kokoontunut Berryn maatilaan - parvet aurinkolasilla ja quadcopter-drooneilla varustetuista hinaajista - korostivat eläimiä. Samaan aikaan kuu ja aurinko esittivät harvinaisen taivaallisen baletin päänsä yläpuolella.
21. elokuuta 2017 oli käynnissä ensimmäinen kokonaisvaltainen aurinkopimennys, joka armeli Yhdysvaltojen mantereen molempia rannikkoja 99 vuoden aikana. Mutta Berry, amatööri-tähtitieteilijä ja entinen Astronomy-lehden päätoimittaja, ja joukko opiskelijoita Portland Community Collegessa, eivät olleet vain siellä nauttimassa näkymästä. He olivat valmistelleet kaukoputkensa ja kameralaitteistonsa toistamaan kaikkien aikojen kuuluisimman pimennyskokeen, Albert Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ensimmäisen onnistuneen testin. Lähes sata vuotta ennen suurta Amerikan pimennystä kaksi tähtitieteilijäryhmää uskalsivat kaukana rannoille tarkkailemaan pimennystä, joka vakuuttaisi skeptisen maailman siitä, että Isaac Newtonin teoria painovoimasta oli väärä.
Yksi seuraus Einsteinin teoriasta, joka julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna 1915, on, että massiiviset taivaankappaleet, kuten aurinko, taivuttavat avaruusajan kangasta itsensä ympärille - näin Einstein selitti painovoiman vetäytymisen. Tämä astrofysiikan teoria on hyvin erilainen kuin Newtonin ajatus painovoimasta houkuttelevana voimana, jota kaikki aineet käyttävät. Einsteinin mukaan kaikki massiivisen esineen lähellä kulkeva valo taivutetaan avaruusajan mukana. 1900-luvun alkupuolella Einstein keksi tavan osoittaa tämä näennäisesti petollinen teoria käyttämällä auringonpimennystä.
Einstein asetti haasteen seuraavasti: Kartoita tähtien sijainnit auringon ympärillä kokonaisuutena, ne arvokkaat hetket, jolloin auringon suora valo on täysin tukossa kuun avulla, jolloin taustalla olevat tähdet ovat näkyvissä. Ja tarkkaile samoja tähtiä, kun pimennystä ei ole. Jos hänen yleinen teoriansa suhteellisen oli oikein, noiden tähtiä koskevissa asemissa olisi pieni ero - muutos, joka ei ole ihmisen silmälle näkyvä, mutta havaittavissa hienomittauksella.
Englantilaiset tähtitieteilijät Arthur Eddington ja Frank Dyson järjestivät vuonna 1919 retkiä Afrikan länsirannikon ulkopuolella sijaitsevalle Principen saarelle ja Brasilian Sobraliin nähdäkseen, oliko Einstein oikeassa. Kohtalokas päivä oli 29. toukokuuta. Heti kun he ovat julkistaneet tuloksensa, maailma ei olisi koskaan sama - tai ainakin meidän käsitys siitä.
Arthur Eddington (vas.) Ja Frank Dyson (oikealla). (Julkinen) Vuonna 2017 Portland Community Collegen fysiikan professori Toby Dittrich koordinoi tusinaa tarkkailuryhmää, mukaan lukien Berry's, lähettämällä kaksi opiskelijaansa alpakkatilalle ja toiset Oregonin vuorelle katsomaan, pystyisikö he ainakin yhtä hyvin kuin Eddington ja Dyson.
Molemmat ponnistelut joutuivat vastaamaan teknisiin haasteisiin ja säähajuuteen, koska tietäen mahdollisuuden ikkunan havaita kokonaisuus olisi ohi.
Vuonna 1919 tähtitieteilijöillä oli selkeä ylellisyys, joka oli yli viisi minuuttia kokonaisuudesta. Vuonna 2017 kokonaispimennysvaihe kesti vain noin kaksi minuuttia amerikkalaisille katsojille. Pilvien tai tuulen ohittaminen voi pilata havainnot noina arvokkaina hetkinä - itse asiassa pilvipeite pilasi suhteellisuustestin Yhdysvaltojen 1918 kokonaisvaltaisessa aurinkopimennyksessä.
Don Bruns, amatööri-tähtitieteilijä, joka on sijoitettu Casperiin, Wyomingiin vuoden 2017 pimennykseksi ja koordinoi Dittrichin ponnisteluja, sai osittain inspiraation neljästä epäonnistuneesta yrityksestä toistaa Eddington-Dyson-kokeilu vuosina 1936 - 1954.
"Tekemällä tämän annan tavallaan tähtitieteilijöiden levätä rauhassa", Bruns sanoo.
**********
Eddingtonin ja Dysonin asiantuntemus sai heidät sopimaan tähän eclipse-jahtaavaan tehtävään. Dyson oli Englannin tähtitieteilijä Royal ja johti kuninkaallista observatoriaa Greenwichissä. Eddington ohjasi Cambridge Observatorya, ja hän teki myös itselleen nimen teoriassa osoittaakseen, että aurinko pystyy olemaan olemassa sellaisena kuin me sen tiedämme, sen sijaan että se romahtaisi oman painonsa alla, koska valo itse aiheuttaa ulkoista painetta.
Tämä kuva osoittaa auringon kromosfäärin salama-spektrin, joka on auringon ilmakehän toinen yläkerta kerros, koko elokuun 21. päivän 2017 pimennyksen aikana Oregonin yli. Kuva kaappaa pimennyksen jokaisella valon aallonpituudella, jonka kromosfäärin atomit lähettävät. Esimerkiksi "vety-alfa" -aallonpituudella valoa säteilevät vetyatomit tuottavat punaisella valon värin oikealla puolella, kun taas kalsiumatomit tuottavat violetin vasemmalla. (Richard Berry / Alpacan niittyjen observatorio) Eddington ja Edwin Cottingham suorittivat Principe-vaiheen, joka oli sijoitettu kaakaoistutukseen Afrikan saaren luoteisosassa. Duo käytti enimmäkseen lainaamia laitteita Oxfordin observatoriosta, koska Eddingtonin oma Cambridge Observatory ei ollut erikoistunut pimennyksiin. Daniel Kennefickin uuden kirjan No Shadow of a Dobt : The 1919 Eclipse, joka vahvisti Einsteinin suhteellisuusteorian, mukaan teos on pimeä.
Eddington todennäköisesti teki kaiken tutkimusmatkansa retkikunnastaan henkilökohtaisesti, vaikka hänen matkansa aikana tekemät tiedot eivät selviä - edes alkuperäiset valokuvalevyt, jotka ovat kadonneet ajan myötä. Astrofysiikan Subrahmanyan Chandrasekharin ensi käden kertomuksen mukaan Dyson kertoi Cottinghamille, että jos Eddington havaitsisi poikkeaman määrän, joka on kaksi kertaa niin suuri kuin mitä Einstein ennusti - outo tulos, jota Einsteinin tai Newtonin kehys ei ennakoisi - “Eddington menee hulluksi, ja sinä täytyy tulla yksin kotiin. ”
Samaan aikaan Dyson ei todellakaan lähtenyt Englannista tilaisuuteen. Brasiliaan Sobraliin hän lähetti kaksi henkilökunnan jäsentä, Charles Davidsonin ja Andrew Crommelinin, sekä joitain varusteita hänen observatoriostaan. Palattuaan Dyson ohjasi ryhmän tietojen analysointia ja teki loppuraportissa yhteistyötä Eddingtonin kanssa.
Jokaisen vuoden 1919 ryhmän piti palata kahdella kriittisellä datalevyllä, jotka oli koodattu lasilevyille. Ainakin yksi levy otettaisiin kokonaisuuden aikana, kun taas toinen tehtiin yöllä samojen taivaan tähtiin, mutta etualalla ei ollut aurinkoa ja kuuta. Vaikka tämä olisi tehty hyvin, levyjä analysoivalla henkilöllä olisi todellinen haaste.
"Tähdet näyttivät tietysti pieniltä ympyröiltä levyiltä", Kennefick sanoo. ”Osoittautuu, että aseman muutos on oikeastaan pienempi kuin ympyrän koko. Joten se on erittäin, erittäin hieno mittaus tehtävä. Se on erittäin vaikea mittaus suorittaa. ”
Onneksi Dyson sai elantonsa tekemällä tällaisia havaintoja. Hänen normaaliin työhönsä kuului tähtien aseman huolellinen tutkiminen ja pienten muutosten tutkiminen. Hän käytti pientä mikrometriruuvilla varustettua laitetta, joka liikkui levyn poikki pisteestä toiseen ja mittasi etäisyyden esineiden välillä.
He olivat onnekkaita vuonna 1919 tapahtuneen pimennyksen päivänä, koska aurinko oli lähellä hyvin kirkasta tähtiryhmää nimeltään Hyades, jota Eddington kutsui ”ylivoimaisesti parhaaksi havaittuksi tähtikenttään”. Heidän kirkkaudensa ansiosta heidät oli helpompi havaita kaukoputken levyllä. kuin vaaleammat tähdet, jotka voivat kadota auringon ilmakehän ulkopinnan, nimeltään korona, häikäisyyn. (Tämä ylikuumennettu plasma on näkyvissä vain paljaalla silmällä auringon kokonaispimennyksen aikana, kun se näyttää kimaltelevan pilkottuneen auringon ympärillä.)
Vuoden 1919 Dyson-retkikilven kopiolevy, jonka merkinnät uskovat olevan Dyson-ryhmän valmistamia. (Niels Bohr-instituutti, Kööpenhaminan yliopisto) Vaikka kaksisuuntainen kokeilu osoittautui onnistuneeksi, molemmat pääsivät lähelle Einsteinin ennustusta taipuman määrästä, se ei ollut ilman kiistoja. Yksi Sobral-retkikunnan kahdesta kaukoputkesta tuotti epäilyttävän näköisiä levyjä, joissa tähdet näyttivät enemmän tahroilta kuin ympyröiltä. Dyson näyttää pyytäneen tietojen heittämistä pois, ja jotkut historioitsijat ihmettelevät, onko Eddington-Dyson-ryhmä niin toivova todistaa Einsteinille oikeassa, että he heittivät väärin tietoja, jotka eivät olleet samaa mieltä.
Mutta Kennefick sanoo, että on epätodennäköistä, että Dyson fudged tuloksia. Eddington oli tiedemies, joka tuki ääneen Einsteinin ennusteita ennen kokeen järjestämistä, eikä hänellä ollut mitään tekemistä Sobral-levyjen heittämisen kanssa.
"On harvinaista olla täysin neutraaleja tieteessä tai elämässä", Kennefick kirjoittaa. "Rankaisemalla Eddingtonia siitä, että hän on rehellinen ilmaistaan mieltymyksensä, pyydetään vain, että tutkijat torjuvat epärehellisesti heidän näkemyksensä."
**********
Einstein ei vaikuttanut liian huolestuneelta siitä, että hänen silloinen niche-teoriansa lopulta koettaisiin. Jotkut ovat jopa ehdottaneet, että hän oli omahyväinen koko koettelemuksen suhteen, niin varmasti hänen teoriansa suhteen, ettei hän ollut vähiten hermostunut siitä, mitä vuoden 1919 retkikunnat löytäisivät.
"Tunnetut tutkijat sanoivat hänelle:" En voi todella uskoa kuinka rauhallinen olit tästä ", Kennefick sanoo. "He olivat kuin" Voi luoja, tämä on uskomatonta ". Ja hän sanoi: "Joo, tiesin."
Valokuva Albert Einsteinistä, päivätty 1921 (Universal History Archive / UIG Getty Images -sivuston kautta) Mutta Einsteinin epäilystä huolimatta hän halusi kokeilun suorittavan. Jo vuonna 1911 hän oli kirjoittanut muille tähtitieteilijöille kysyen, pystyisivätkö he suorittamaan tällaisen pimennyskokeen, ja hän keräsi aktiivisesti rahaa aiheeseen. Hän rahoitti saksalaisen tähtitieteilijän Erwin Freundlichin retkeilyä Krimiin vuonna 1914 suorittaakseen pimennyshavainnot, jotka Eddington lopulta tekisi, mutta Freundlichin matkalla kärsi huono kohtalo. Arkkiherruke Franz Ferdinand murhattiin Freundlichin ylittäessä Venäjää. Ensimmäinen maailmansota puhkesi ja tsaarin miehet pidättivät tähtitieteilijän, hänen varusteet takavarikoitiin.
**********
Fyysikko ja filosofi Ilse Rosenthal-Schneider oli väitetysti Einsteinin kanssa heti, kun hän sai sähkeen syyskuussa 1919 uutisen kanssa, että Eddington-Dyson-kokeilu vahvisti hänen ennusteensa. Hän kirjoitti, että Einstein näytti onnelliselta, mutta ei ekstaattiselta, ja hänen innostumisensa hämmästyi hänestä.
Joten, hän sanoi: 'No, mitä olisit sanonut, jos teoria olisi löytänyt sinua vastaan? Olisitko pettynyt siinä tapauksessa? '”Kennefick sanoo. "Ja [Einstein] hymyili ja sanoi:" No, sitten olisin pahoillani rakkaalle herralle, koska teoria on oikea. ""
Tulokset esiteltiin virallisesti Lontoon kuninkaallisen yhdistyksen kokouksessa 6. marraskuuta 1919, mikä ajoi Einsteinin maailmanmaineeseen. Matemaatikko Alfred North Whiteheadin lausunnon mukaan: ”Koko jännittävän mielenkiinnon ilmapiiri oli täsmälleen kreikkalaisen draaman ilmapiiri: Me kuoro kommentoimme kohtalopäätöstä sellaisena kuin se paljastettiin ylimmän tapauksen kehityksessä. Hyvin lavastuksessa oli dramaattista laatua - perinteisessä seremoniallisessa ja taustalla Newtonin kuvassa, joka muistutti meitä siitä, että seremoniallisista yleistyksistä suurin oli nyt, yli kahden vuosisadan jälkeen, saada ensimmäinen muutos. "
Tämä kuva, joka on tehty 23 yksittäisestä pinotusta kuvasta, näyttää 42 keltaista ympyränmuotoista tähteä auringon ympäri kokonaisuutena. Kuun kasvot ovat näkyvissä "maanpaisteen" - maan heijastaman auringon valon - vuoksi, joka sitten kimpoaa kuulta. Suuret renkaat esittävät koronan, joka on pyydetty eri valotusaikoina. (Richard Berry / Alpacan niittyjen observatorio) Oli kuitenkin toinen aurinkopimennys vuonna 1922, joka antoi muille mahdollisuuden vahvistaa Eddingtonin ja Dysonin tulokset. Mutta luonnollisesti vuonna 1919 tähtitieteilijät ”innoissaan. He olivat onnellisia. He saivat virran. Mutta he arvostivat [pystyivät] tarkistamaan sen kolmessa vuodessa ”, Kennefick sanoo. "Ei ole mitään syytä laittaa samppanjaa jäälle kolmeksi vuodeksi."
Tätä 1922-pimennystä varten Kalifornian Lick-observatorion ryhmä teki seurantatutkimuksen ja sai tulokset, jotka olivat läheisesti yhdenmukaisia Eddingtonin ja Dysonin kanssa, mutta siihen mennessä Einsteinin juhlii jo hyvin. (Dyson yritti myös toistaa kokeilun, mutta hänen näkemyksensä oli pilvinen.)
**********
Eddington-Dyson-kokeen toistoa ei ole yritetty toistaa vuodesta 1973 lähtien, koska pimennykset eivät ole enää tarpeen auringon valon taipuman mittaamiseksi, jonka Einstein ennusti. Esimerkiksi radioteleskoopit antoivat tutkijoille 1970-luvulla tarkkailla päiväsaikaan päiväsaikaan kvasaarien - superkirkkaiden galaktisten ytimien - auringon taivuttavan valon - jokainen koostuu jättiläisestä mustasta aukosta, jota ympäröi levy, joka säteilee valtavia määriä energiaa - avulla pimennys.
Suurin osa kymmenestä amatööriryhmästä, jonka Dittrich koordinoi vuonna 2017 toistamaan 20. vuosisadan alkupuolisen version eclipse-kokeilusta, oppi kuinka monella tapaa yksi kokeilu voi käydä läpi. Kymmenessä paikassa osallistujilla oli ongelmia laitteidensa kanssa, kuten virtalähde ja ylikuormitus tai ilmakehän turbulenssi, eivätkä he saaneet käyttökelpoista tietoa. Yksi ryhmä potkaisi vahingossa kaukoputken jalustaa kriittisellä hetkellä. Nämä virheet korostavat, kuinka onnekkaat molemmat vuoden 1919 retkikunnat olivat saaneet kaikki käytettävät tähdet kokonaisuutena.
Berry ja hänen kanssaan työskentelevät Portland Community College -opiskelijat olivat yksi kahdesta onnistuneesta ryhmästä 12 sivuston yhteistyössä. Ja sitten oli Don Bruns, se amatööri-tähtitieteilijä, joka oli valmis toimintaan Casperissa, Wyomingissa. Hän oli valmistautunut havainnointiin yli vuoden ja hän harjoitteli uudestaan ja uudestaan noita tärkeitä minuutteja kokonaisuudesta. Hän oli havainnollisesti onnistuneesti onnistunut, Dittrich sanoo.
Amatööri-tähtitieteilijät valmistautuvat tarkkailemaan vuoden 2017 kokonais aurinkopimennystä. Vasemmalta oikealle: Abraham Salazar (opiskelija), Jacob Sharkansky (opiskelija), Richard Berry (amatööri-tähtitieteilijä), Steve Pinkston (opiskelija) ja Toby Dittrich (professori). (Richard Berryn kohteliaisuus) Eddingtonin Principe-retkikunnan tiedot käännettiin 1, 6 sekunnin sekunnin kevyeksi taipumukseksi - taivaan etäisyyden kulmamittaukseksi -, kun taas Dysonin miehistön Sobralin levyt ehdottivat 1, 98 kaarisekuntia ja epävarmuusmarginaali noin 30 prosenttia. Vuonna 2017 eläkkeellä oleva optinen fyysikko Bruns otti kuvia, jotka käännettiin täsmälleen lukumääräksi, jonka Einstein ennakoi - 1, 7512 kaarisekunnin taipuma -, jonka epävarmuus ilmakehän turbulenssiin liittyy vain 3 prosenttia.
Bruns voitti työstään tämän pyrkimyksen puolesta American Astronomical Society: n Chambliss Amateur Achievement Award -palkinnon. Hänen tulokset julkaistiin Classical and Quantum Gravity -lehdessä.
Berry, Bruns ja Dittrich odottavat jo vuotta 2024, kun seuraavan kerran kokonaisvaltainen aurinkopimennys tuo kokonaisuuden taian Yhdysvaltoihin, kulkeen diagonaalisesti Texasista Maineen. Dittrichin mukaan ryhmä haluaa suunnitella suuremman ponnistelun kokeen toistamiseksi, ja tulokset saattavat olla vieläkin tarkempia kuin Bruns sai vuonna 2017, jos ne voivat vähentää epävarmuutta ilman turbulenssista.
Eddington-Dyson-kokeiluun mennessä Berry on edelleen kauhistunut joukkueiden 100 vuotta sitten tekemän merkityksestä.
”Se oli kokeilu, joka oli tehtävä, ja se todella, todella vaikutti. Jos seuraat vain suhteellisuustekijöiden kehitystä ja sitten kvantimekaniikkaa ja sitä seuranneita asioita, Berry sanoi, "nykymaailmamme riippuu täysin siitä, että nämä asiat ovat tapahtuneet."
