Kui hommikune taevas pimendas Oregoni lääneosa kohal, tõmbusid Richard Berry kolm alpakat nende aeda. Hämar päevavalgus ja väike rahvahulk, mis oli kogunenud Berry tallu - kartongpäikeseklaaside ja quadcopter-droonideta pukseerijate karjad - rõhutasid loomi. Samal ajal esitasid kuu ja päike nende pea kohal haruldast taevaballetti.
21. augustil 2017 oli käimas esimene täielik päikesevarjutus, mis arvas 99 aasta jooksul Ameerika Ühendriikide mandri mõlemat rannikut. Kuid amatöör-astronoom ja ajakirja Astronomy endine peatoimetaja Berry ning grupp Portlandi kogukonna kolledži üliõpilasi ei olnud seal lihtsalt vaadet nautimas. Nad olid ette valmistanud oma teleskoobid ja kaameratehnika kõigi aegade kuulsaima eclipse'i eksperimendi kordamiseks, mis oli Albert Einsteini üldise relatiivsusteooria esimene edukas test. Ligi sada aastat enne suurt Ameerika Eclipse'i tungisid kaks astronoomide meeskonda kaugetesse kallastesse, et jälgida eclipse, mis veendaks skeptilist maailma, et Isaac Newtoni gravitatsiooniteooriad olid valed.
Einsteini teooria, mis avaldati esmakordselt 1915. aastal, üks tagajärg on see, et massiivsed taevaobjektid, nagu päike, painutavad enda ümber kosmoseaja kanga - just nii selgitas Einstein gravitatsiooni tõmmet. See astrofüüsika teooria erineb väga Newtoni ideest gravitatsiooni kui atraktiivse jõu, mida avaldab kogu aine. Einsteini sõnul on massiivse objekti läheduses liikuv valgus painutatud koos kosmoseajaga. 20. sajandi alguses jõudis Einstein välja viis, kuidas seda pealtnäha petlikku teooriat täieliku päikesevarjutuse abil demonstreerida.
Einstein esitas väljakutse järgmiselt: kaardistage tähtede asukohad päikese ümber kogu ajal, need väärtuslikud hetked, kui päikese otsene valgus on täielikult kuu blokeeritud, võimaldades näha taustal olevaid tähti. Ja jälgige samu tähti, kui varjutust pole. Kui tema üldine teooria oleks tõepoolest õige, siis oleks nende tähtede positsioonides väike erinevus - inimsilmale nähtamatu, kuid peene mõõtmise teel tuvastatav muutus.
Inglise astronoomid Arthur Eddington ja Frank Dyson korraldasid 1919. aastal ekspeditsioonid vastavalt Aafrika lääneranniku lähedal asuvale Principe saarele ja Brasiiliasse Brabrali, et kontrollida, kas Einsteinil oli õigus. Saatuslik päev oli 29. mai. Kui nad on oma tulemused avalikustanud, pole maailm kunagi sama - või vähemalt meie arusaam sellest.
Arthur Eddington (vasakul) ja Frank Dyson (paremal). (Üldkasutatav) 2017. aastal koordineeris Portlandi kogukonna kolledži füüsikaprofessor Toby Dittrich tosinat vaatlusrühma, sealhulgas Berry's, saates kaks oma õpilast alpakafarmi ja teised Oregoni mäele, et näha, kas nad saaksid vähemalt sama hästi hakkama kui Eddington ja Dyson.
Mõlemad jõupingutused pidid seisma silmitsi tehniliste väljakutsete ja ilmastiku nõrkusega, teades võimaluse avanemist kogu vaatluse jaoks oleks põgus.
Aastal 1919 oli astronoomidel selgelt eristuv luksus - kokku üle viie minuti. 2017. aastal kestis kogu eclipse-etapp Ameerika vaatajate jaoks vaid umbes kaks minutit. Pilved või tuul võivad rikkuda vaatlused nendel hinnalistel hetkedel - tegelikult hävitas pilvekate USA-s 1918. aastal toimunud täieliku päikesevarjutuse ajal relatiivsuse testi.
Don Bruns, amatöör-astronoom, kes asus Casperisse Wyomingi 2017. aasta varjutuse jaoks ja oli kooskõlas Dittrichi pingutustega, oli osaliselt inspireeritud neljast ebaõnnestunud katsest korrata Eddington-Dysoni katset aastatel 1936–1954.
"Sellega lasin ma astronoomidel rahulikult puhata, " räägib Bruns.
**********
Eddingtoni ja Dysoni asjatundlikkus võimaldas neil selle varjutuse tagaajamise ülesandega hästi hakkama saada. Dyson oli Inglismaa astronoom Royal ja juhtis Greenwichi kuninglikku observatooriumi. Eddington juhtis Cambridge'i observatooriumi ja ta pani endale ka teooria valdkonnas nime, mis näitas, et päike on võimeline eksisteerima sellisena, nagu me seda teame, selle asemel, et oma raskuse all variseda, sest valgus ise avaldab välist survet.
See pilt näitab päikese kromosfääri välgu spektrit, päikese atmosfääri teist ülemist kihti kogu 21. augusti 2017. aasta Oregoni kohal toimunud varjutuse ajal. Pilt hõivab eclipse igal valguse lainepikkusel, mida kromosfääri aatomid kiirgavad. Näiteks vesinikuaatomid, mis kiirgavad valgust "vesiniku alfa" lainepikkusel, annavad paremal punase valguse, kaltsiumi aatomid aga vasakul lilla. (Richard Berry / Alpaca niitude vaatluskeskus) Aafrika saare loodeosas kakaoistanduses asuva Principe'i jõupingutused viisid läbi Eddington ja Edwin Cottingham. Kaksik kasutas peamiselt Oxfordi observatooriumi laenatud seadmeid, kuna Eddingtoni enda Cambridge'i observatoorium ei olnud eclipsidele spetsialiseerunud, vastavalt Daniel Kenneficki uuele raamatule No Doblet: The 1919 Eclipse, mis kinnitas Einsteini relatiivsusteooriat .
Tõenäoliselt tegi Eddington kogu ekspeditsiooni andmeanalüüsi isiklikult, ehkki tema teekonna jooksul ei ole säilinud ühtegi salvestust - isegi mitte originaalseid fotoplaate, mis aja jooksul kadunud on. Astrofüüsiku Subrahmanyan Chandrasekhari omakäelise ülevaate kohaselt ütles Dyson Cottinghamile, et kui Eddington täheldaks kaks korda suuremat läbipainde kui see, mida Einstein ennustas - veider tulemus, mida ei Einstein ega Newtoni raamistik ette ei näe - „Eddington läheb hulluks, ja te peavad üksi koju tulema. ”
Vahepeal ei lahkunud Dyson tegelikult selleks puhuks Inglismaalt. Brasiilias Sobralisse saatis ta kaks oma töötajat Charles Davidsoni ja Andrew Crommelini ning mõned seadmed tema vaatluskeskusest. Kui nad tagasi jõudsid, suunas Dyson meeskonna andmete analüüsi ja tegi lõpparuande osas koostööd Eddingtoniga.
Kõik 1919. aasta meeskonnad pidid naasma kahe kriitilise teabe abil, mis olid kodeeritud klaasplaatidele. Vähemalt üks plaat võetaks kogu aja jooksul, teine aga tehti öösel samade tähtedega taevas, kuid esiplaanil ei olnud päikest ega kuud. Isegi kui see oleks hästi tehtud, oleks plaate analüüsiv inimene tõeline väljakutse.
"Staarid nägid muidugi välja nagu väikesed plaadid ringidel, " räägib Kennefick. “Selgub, et positsiooni muutus on tegelikult väiksem kui ringi suurus. Seega on see väga-väga hea mõõtmine. See on väga keeruline mõõtmine. ”
Õnneks tegi Dyson sedalaadi tähelepanekuid elades. Tema tavaline töö hõlmas täheasendite hoolikat uurimist ja väikeste muutuste uurimist. Ta kasutas väikest seadet, mida nimetatakse mikromeetri kruviks ja mis liikus üle plaadi ühest punktist teise ja mõõtis objektide vahelist kaugust.
Neil oli 1919. aasta varjutuse päeval õnne, sest päike oli väga heleda tähekombinaadi lähedal, mille nimi oli Hyades, mida Eddington nimetas „vaieldamatult parimaks täheväljaks, mida kohanud on.” Nende heledus muudaks nad teleskoobiplaadil kergemini märgatavaks. kui õhemad tähed, mis võivad kaduda päikese atmosfääri välimise piirkonna, mida nimetatakse koroonaks, pimestamiseks. (See ülekuumenenud plasma on nähtav palja silmaga ainult täieliku päikesevarjutuse ajal, kui see näib särava päikese ümber säravat.)
1919. aasta Dysoni ekspeditsiooniplaadi koopiaplaat, mille märgistused usuvad olevat tehtud Dysoni grupi poolt. (Niels Bohri Instituut, Kopenhaageni ülikool) Ehkki kahesuunaline eksperiment osutus edukaks, jõudsid mõlemad läheneda Einsteini ennustusele läbipainde suuruse osas, ei olnud see ilma vaidlusteta. Üks kahest Sobrali ekspeditsiooni teleskoobist valmistas kahtlase välimusega plaate, mille tähed nägid rohkem välja nagu plekid kui ringid. Näib, et Dyson kutsus andmeid välja viskama ja mõned ajaloolased kahtlevad, kas Eddington-Dysoni rühmitus lootis Einsteini õigsust tõestada, et viskasid valesti välja andmeid, mis polnud nõus.
Kuid Kennefick väidab, et on ebatõenäoline, et Dyson tulemusi tulemusi näitas. Eddington oli teadlane, kes toetas enne eksperimendi toimumist Einsteini ennustusi ja tal polnud pistmist Sobrali plaatide viskamisega.
"Harva on teaduses või elus täiesti neutraalne olla, " kirjutab Kennefick. "Karistades Eddingtonit selle eest, et ta oli oma eelistuste sõnastamisel aus, palutakse vaid teadlastel nende seisukohti ebaausalt suruda."
**********
Einstein ei tundunud liiga murelik, et tema toonane nišiteooria lõpuks proovile pannakse. Mõni on isegi vihjanud, et ta oli kogu katsumuse peale naeruväärne, olles oma teoorias kindel, et ta ei olnud 1919. aasta ekspeditsioonide jaoks kõige vähem närviline.
"Kuulsad teadlased ütlesid talle:" Ma ei suuda tõesti uskuda, kui rahulik sa selle suhtes olid. "" Ütleb Kennefick. "Nad olid nagu:" Mu jumal, see on uskumatu. " Ja ta ütles: "Jah, ma teadsin."
Albert Einsteini foto aastast 1921 (universaalajaloo arhiiv / UIG Getty Images kaudu) Kuid hoolimata Einsteini kahtluste puudumisest, soovis ta, et katse viiakse läbi. Juba 1911. aastal oli ta kirjutanud teistele astronoomidele, küsides, kas nad saaksid sellist varjutuse katset teha, ja ta kogus selle eesmärgi nimel aktiivselt raha. Ta rahastas Saksa astronoomi Erwin Freundlichi ekspeditsiooni Krimmi 1914. aastal, et viia läbi Eddingtoni tehtud varjutusevaatlused, kuid Freundlichi teekond tabas saatuslikku olukorda. Freundlichi Venemaa piiriületusel mõrvati peahertsog Franz Ferdinand, I maailmasõda puhkes ja tsaari mehed arreteerisid astronoomi, tema varustus konfiskeeriti.
**********
Füüsik ja filosoof Ilse Rosenthal-Schneider oli väidetavalt Einsteini juures vahetult pärast seda, kui ta sai septembris 1919 telegrammi uudisega, et Eddington-Dysoni eksperiment kinnitas tema ennustusi. Ta kirjutas, et Einstein tundus õnnelik, kuid mitte ekstaatlik, ja entusiasmi puudumine üllatas teda.
Nii, ütles ta: 'Noh, mida sa oleks öelnud, kui teooria oleks leidnud sinu vastu? Kas oleksite sel juhul pidanud pettuma? '' Ütleb Kennefick. "Ja [Einstein] naeratas ja ütles:" Noh, siis oleks mul olnud kallist isandast kahju, sest teooria on õige. ""
Tulemusi tutvustati ametlikult kuningliku seltsi koosolekul Londonis 6. novembril 1919, ajendades Einsteini maailmakuulsusele. Matemaatik Alfred North Whiteheadi sõnul võib öelda, et kogu pingeline õhkkond oli täpselt kreeka draama õhkkond: me olime koor, kes kommenteeris saatuse otsust, nagu see oli avaldatud kõrgeima juhtumi väljatöötamisel. Väga lavastus - traditsiooniline tseremoniaalne taust ja taustal olev Newtoni pilt meenutas dramaatilist kvaliteeti - tuletas meile meelde, et tseremoniaalsete üldistuste suurim oli nüüd, enam kui kahe sajandi möödudes, selle esimese modifikatsiooni saamine. ”
See vaade, mis on tehtud 23 üksikust virnastatud pildist, näitab 42 tähte, mis on kollaseks ümbritsetud päikese ümber kogu päikese ajal. Kuu nägu on nähtav "maapaiste" tõttu - Maa peegelduva päikesevalguse käes -, mis siis Kuult eemale tõuseb. Suured rõngad näitavad korooni, mis on hõivatud erinevatel säriaegadel. (Richard Berry / Alpaca niitude vaatluskeskus) 1922. aastal toimus aga veel üks päikesevarjutus, mis andis teistele võimaluse Eddingtoni ja Dysoni tulemusi kinnitada. Kuid loomulikult hakkasid astronoomid 1919. aastal põnevust tundma. Nad olid õnnelikud. Neil oli energiat. Kuid nad hindasid [nad suutsid] seda kolme aasta jooksul kontrollida, ”räägib Kennefick. "Pole mõtet šampanjat kolme aasta jooksul jääle panna."
Selle 1922. aasta varjutuse jaoks tegi California Licki observatooriumi rühm järelkatse ja sai tulemusi, mis olid tihedalt seotud Eddingtoni ja Dysoni omadega, kuid selleks ajaks oli Einsteini juba hästi tähistatud. (Dyson üritas ka katset korrata, kuid tema vaade oli udune.)
**********
Alates 1973. aastast pole Eddington-Dysoni katset korratud ühegi professionaalse ettevõtmise kaudu, kuna Einstein ennustas päikesevalguse läbipainde mõõtmiseks enam ekipse. Näiteks raadioteleskoobid võimaldasid teadlastel 1970-ndatel päevasel ajal ilma abita jälgida kvasaaride - ülikergete galaktiliste südamike, mis koosnevad hiiglaslikust mustast august, mis on ümbritsetud tohutul hulgal energiat - hiiglaslikust mustast august, valgust. varjutusest.
Enamik tosinast amatöörgrupist, mida Dittrich koordineeris 2017. aastal 20. sajandi alguse varjutuse eksperimendi kordamiseks, sai teada, mitu võimalust üks katse katse läbi kukub. Kümnes kohas oli osalejatel probleeme oma varustusega, näiteks toiteallika ja liigse kokkupuute või atmosfääri turbulentsiga, ning nad ei saanud kasutatavaid andmeid. Üks rühm viskas kriitilisel hetkel kogemata teleskoobi statiivi. Need vead rõhutavad, kui õnnelikud olid mõlemad 1919. aasta ekspeditsioonid, kui nad üldse vallutasid kõik kasutatavad tähed.
Berry ja temaga koos töötanud Portlandi kogukonna kolledži tudengid olid üks kahest 12-kohalises koostöös edukast grupist. Ja siis oli Don Bruns, see amatöör-astronoom, kes oli valmis tegutsema Casperis, Wyomingis. Ta oli oma vaatlusteks valmistunud rohkem kui aasta ja ta oli ikka ja jälle harjutanud neid ülitähtsaid minuteid. Dittrich väitis, et ta oli oma tähelepanekudega "suurepäraselt edukas".
Amatöör-astronoomid, kes valmistuvad jälgima 2017. aasta kogu päikesevarjutust. Vasakult paremale: Abraham Salazar (üliõpilane), Jacob Sharkansky (õpilane), Richard Berry (amatöör-astronoom), Steve Pinkston (õpilane) ja Toby Dittrich (professor). (Richard Berry viisakalt) Eddingtoni Principe'i ekspeditsiooni andmed tõlkisid 1, 6 arseekundi pikkuseks läbipaindeks - taevakauguse nurkkiiruseks -, samal ajal kui Dysoni meeskonna Sobrali plaadid näitasid 1, 98 kaaresekundit ja mõõtemääramatuse piirmäära umbes 30 protsenti. 2017. aastal tegi pensionärist optiline füüsik Bruns pilte, mis tõlgiti täpselt selliseks arvuks, mida Einstein ennustas - 1, 7512 kaaresekundi pikkune läbipaine -, mille atmosfääri turbulentsiga seotud mõõtemääramatus on vaid 3 protsenti.
Selle eesmärgi nimel tehtud töö eest võitis Bruns Ameerika Astronoomiaühingu Chambliss Amateur Achievement Award. Tema tulemused avaldati ajakirjas Classical and Quantum Gravity.
Berry, Bruns ja Dittrich ootavad juba 2024. aastat, järgmine kord toob täielik päikesevarjutus Ameerika Ühendriikidesse totaalsuse võlu, kulgedes diagonaalis Texasest Maine'i. Dittrichi sõnul soovib grupp katse korrata suuremaid jõupingutusi, võimalike veelgi täpsemate tulemustega, kui Bruns 2017. aastal sai, kui need suudavad õhuturbiilsusest tingitud ebakindlust vähendada.
Eddington-Dysoni eksperimendile tagasi vaadates on Berry endiselt hämmingus selle tähtsuse üle, mida meeskonnad 100 aastat tagasi tegid.
„See oli katse, mis tuli läbi viia, ja see andis tõesti palju tulemust. Kui te jälgite lihtsalt relatiivsustegevuse arengut ja seejärel kvantmehaanikat ning sellele järgnenud asju, "sõnas Berry, " meie tänapäevane maailm sõltub täielikult nendest juhtudest. "
