Докато сутрешното небе затъмняваше над западния Орегон, трите алпаки на Ричард Бери се оттеглиха в обора си. Притъмнялата дневна светлина и малката тълпа, събрала се във фермата на Бери - ята от кърпачи с картонени слънчеви очила и квадрокоптери без дронове - подчертаха животните. Междувременно луната и слънцето изпълняваха рядък небесен балет над главите си.
На 21 август 2017 г. е в ход първото цялостно слънчево затъмнение, което да изяви и двете брегове на континенталните Съединени щати след 99 години. Но Бери, астроном любител и бивш главен редактор на списание Astronomy, и група студенти от Portland Community College не бяха просто там, за да се насладят на гледката. Те бяха подготвили своите телескопи и апаратура за камера, за да повторят най-известния експеримент за затъмнение на всички времена, първият успешен тест на общата теория на относителността на Алберт Айнщайн. Почти сто години преди Голямото американско затъмнение два екипа астрономи се осмеляваха на далечни брегове, за да наблюдават затъмнение, което да убеди скептичен свят, че теориите на гравитацията на Исак Нютон са грешни.
Едно от последствията от теорията на Айнщайн, публикувана за първи път през 1915 г., е, че масивни небесни предмети, като слънцето, огъват тъканта на космическото време около себе си - ето как Айнщайн обясни привличането на гравитацията. Тази теория на астрофизиката е много различна от идеята на Нютон за гравитацията като привлекателна сила, упражнена от цялата материя. Според Айнщайн всяка светлина, пътуваща в близост до масивен обект, е огъната заедно с космическото време. В началото на 20-ти век Айнщайн измисля начин да демонстрира тази на пръв поглед нелепа теория, използвайки пълно слънчево затъмнение.
Айнщайн постави предизвикателството по следния начин: Начертайте позициите на звездите около Слънцето по време на съвкупността, онези ценни моменти, когато пряката светлина на Слънцето е напълно блокирана от Луната, което позволява звездите на заден план да се виждат. И наблюдавайте същите звезди, когато няма затъмнение. Ако неговата теория на общите сравнително беше наистина правилна, ще има малка разлика в позициите на тези звезди - промяна, невидима за човешкото око, но откриваема чрез фино измерване.
През 1919 г. английските астрономи Артур Едингтън и Франк Дайсън организират експедиции до остров Принсипи край западното крайбрежие на Африка и съответно до Собрал, Бразилия, за да проверят дали Айнщайн е прав. Съдбоносният ден беше 29 май. Щом публикуваха своите резултати, светът никога няма да бъде същият - или поне нашето разбиране за него.
Артур Едингтън (вляво) и Франк Дайсън (вдясно). (Публичен домейн) През 2017 г. Тоби Дитрих, професор по физика в Portland Community College, координира дузина наблюдателни групи, включително Бери, изпращайки двама свои ученици във фермата Алпака и други в планината в Орегон, за да проверят дали могат да направят поне толкова добре, колкото Едингтън и Dyson.
И двете усилия трябваше да се справят с техническите предизвикателства и нестабилността на времето, знаейки, че възможността за наблюдение на тоталността ще бъде мимолетна.
През 1919 г. астрономите имаха отличния лукс с повече от пет минути. През 2017 г. фазата на пълното затъмнение продължи само около две минути за американските зрители. Преминаването на облаци или вятър може да съсипе наблюденията в онези скъпоценни моменти - всъщност облачната покривка съсипе тест за относителност по време на пълното слънчево затъмнение в САЩ през 1918 г.
Дон Брунс, астроном-аматьор, разположен в Каспър, Уайоминг за затъмнението през 2017 г. и координиращ усилията на Дитрих, беше частично вдъхновен от четири неуспешни опита за повторение на експеримента на Едингтън-Дайсън между 1936 и 1954 г.
„По този начин аз оставям астрономите да почиват в мир“, казва Брунс.
**********
Съответният опит на Едингтън и Дайсън ги направи много подходящи за тази задача за преследване на затъмнението. Дайсън е кралски астроном в Англия и ръководи Кралската обсерватория в Гринуич. Едингтън ръководи Обсерваторията в Кеймбридж и той също си даде име в царството на теорията, за да покаже, че слънцето е в състояние да съществува, както го познаваме, вместо да се срива под собствената си тежест, защото самата светлина оказва външно налягане.
Това изображение показва светкавичния спектър на хромосферата на Слънцето, втория до най-висок слой на слънчевата атмосфера, по време на съвкупността от затъмнението на 21 август 2017 г. над Орегон. Изображението улавя затъмнението при всяка дължина на вълната на светлината, която атомите в хромосферата излъчват. Например водородните атоми, излъчващи светлина по дължината на вълната "водородна алфа", произвеждат червен цвят на светлината вдясно, докато калциевите атоми произвеждат лилавото отляво. (Обсерватория Ричард Бери / Алпака Медоуз) Усилията на Принсипи, разположени на какаова плантация в северозападната част на африканския остров, бяха извършени от Едингтън и Едвин Котингъм. Дуото използва най-вече заемно оборудване от Оксфордската обсерватория, тъй като собствената обсерватория на Кеймбридж на Едингтън не е специализирана за затъмнения, според новата книга на Даниел Кенефик, „ Без сянка на съмнението: Затъмнението от 1919 г.“, потвърждаваща теорията на относителността на Айнщайн .
Едингтън вероятно е направил всички анализи на данните от своята експедиция лично, въпреки че не са оцелели записи, които е направил по време на пътуването си - дори и оригиналните фотографски табели, които са изчезнали с течение на времето. Според разказа от първа ръка на астрофизика Субрахманян Чандрасехар, Дайсън каза на Котингъм, че ако Едингтън забележи отклонение два пъти по-голямо от предвиденото от Айнщайн - причудлив резултат, който нито Айнщайн, нито Нютоновата рамка биха предвидили - „Едингтън ще полудее и ще трябва да се приберат сами.
Междувременно Дайсън всъщност не напусна Англия за случая. В Собрал, Бразилия, той изпрати двама членове на своя персонал, Чарлз Дейвидсън и Андрю Кроммелин, и малко оборудване от обсерваторията си. Когато се върнаха, Дайсън насочи анализа на данните на екипа и си сътрудничи с Едингтън при окончателния доклад.
Всеки от екипите от 1919 г. трябваше да се върне с две критични части от данни, кодирани на стъклени плочи. Поне една плоча ще бъде взета по време на съвкупността, докато другата е направена през нощта със същите звезди на небето, но няма слънце и луна на преден план. Дори ако това беше направено добре, човекът, анализиращ табелите, би имал истинско предизвикателство.
„Звездите, разбира се, приличаха на малки кръгове по чиниите“, казва Кенефик. „Оказва се, че промяната в позицията всъщност е по-малка от размера на кръга. Така че е много, много фино измерване да се направи. Това е много трудно измерване. “
За щастие, Дайсън си изкарва прехраната, правейки подобни наблюдения. Нормалната му работа включва внимателни проучвания на звездни позиции и изследване на малки промени. Той използва малко устройство, наречено микрометров винт, което се движеше през плочата от една точка до друга и измерваше разстоянието между обектите.
Те имаха късмет в деня на затъмнението от 1919 г., защото слънцето беше близо до много ярко струпване от звезди, наречени Хиади, които Едингтън нарече „далеч най-доброто звездно поле“. Тяхната яркост щеше да ги улесни в откриването на телескоп отколкото по-бледи звезди, които биха могли да се изгубят в отблясъка на външния участък на слънчевата атмосфера, наречен корона. (Тази прегрята плазма е видима само с просто око по време на пълно слънчево затъмнение, когато изглежда, че блести около потъналото слънце.)
Копиена табела на експедиционната табела на Дайсън от 1919 г. с маркировки се смята, че е направена от групата на Дайсън. (Институт Нилс Бор, Копенхагенски университет) Въпреки че двустранният експеримент се оказа успешен и двамата се доближиха до прогнозата на Айнщайн за размера на отклонение, той не беше без спор. Един от двата телескопа в експедицията в Собрал произведе съмнително изглеждащи плочи, със звезди, които приличаха повече на петна, отколкото на кръгове. Изглежда, че Дайсън е направил призива да изхвърли данните и някои историци се чудят дали групата на Едингтън-Дайсън е била толкова надежда да докаже Айнщайн прав, че неправилно изхвърли данни, които не са съгласни.
Но Кенефик казва, че е малко вероятно Дайсън да е фалшифицирал резултатите. Едингтън беше ученият, който подкрепи вокално прогнозите на Айнщайн преди да се проведе експеримента и той нямаше нищо общо с хвърлянето на плочи на Собрал.
„Рядко се случва да бъдеш напълно неутрален в науката или живота“, пише Кенефик. „Наказването на Едингтън за това, че е честен в артикулирането на своите предпочитания, е просто да помоля учени нечестно да потискат възгледите си.“
**********
Айнщайн не изглеждаше прекалено загрижен, че неговата тогавашна ниша теория най-накрая ще бъде подложена на изпитание. Някои дори предполагат, че той е самодоволен за цялото изпитание, толкова сигурен в теорията си, че не е бил най-малко нервен от това, което ще намерят експедициите от 1919 година.
„Известни учени му казаха:„ Наистина не мога да повярвам колко си спокоен за това “, казва Кенефик. „Бяха като:„ О, Боже, това е невероятно “. И той казваше: „Да, знаех.“
Снимка на Алберт Айнщайн от 1921 г. (Универсален исторически архив / UIG през Getty Images) Но въпреки липсата на съмнение на Айнщайн, той искаше експериментът да се проведе. Още през 1911 г. той е писал на други астрономи с молба дали могат да направят този вид експеримент за затъмнение и той активно събира пари за каузата. Той финансира експедицията на германския астроном Ервин Фройллих в Крим през 1914 г., за да направи наблюденията за затъмнението, които Едингтън в крайна сметка ще направи, но пътуването на Фройндлих претърпя злощастна съдба. Ерцгерцог Франц Фердинанд е убит, докато Фройллих прекосява Русия, избухва Първата световна война, а астрономът е арестуван от хората на царя, оборудването му е конфискувано.
**********
Твърди се, че физикът и философ Илзе Розентал-Шнайдер е бил с Айнщайн точно след като той е получил телеграма през септември 1919 г. с новина, че експериментът Едингтън-Дайсън потвърждава неговите прогнози. Тя написа, че Айнщайн изглежда щастлив, но не екстатичен и липсата му на ентусиазъм я изненада.
„И така, тя каза:„ Е, какво бихте казали, ако теорията беше открита срещу вас? Бихте ли били разочаровани в това събитие? “, Казва Кенефик. „И [Айнщайн] се усмихна и каза:„ Е, тогава щях да съжалявам за скъпия господар, защото теорията е вярна “.
Резултатите бяха официално представени на заседанието на Кралското общество в Лондон на 6 ноември 1919 г., което подтикна Айнщайн до световна слава. Според разказа на математика Алфред Норт Уайтхед: „Цялата атмосфера на напрегнат интерес беше точно тази на гръцката драма: Ние бяхме хор, коментиращ постановлението на съдбата, разкрито при развитието на върховен инцидент. В самото постановка имаше драматично качество - традиционната церемониална, а на заден план картината на Нютон ни напомняше, че най-голямото от церемониалните обобщения сега беше, след повече от два века, да получи първата си модификация. "
Този изглед, направен от 23 отделни подредени изображения, показва 42 звезди, кръг в жълто, около слънцето по време на съвкупността. Лицето на Луната е видимо поради "земния блясък" - слънчевата светлина, отразена от Земята - след това отскачаща от Луната. Големите пръстени показват заснетата корона в различни моменти на експозиция. (Обсерватория Ричард Бери / Алпака Медоуз) Има обаче друго слънчево затъмнение през 1922 г., което дава шанс на другите да потвърдят резултатите на Едингтън и Дайсън. Но естествено през 1919 г. астрономите „се вълнуват. Те бяха щастливи. Бяха заредени с енергия. Но те оцениха [можеха] да го проверят след три години “, казва Кенефик. "Няма смисъл да пускате шампанското на лед в продължение на три години."
За това затъмнение от 1922 г. група от Калифорнийската обсерватория Лик направи последващ експеримент и получи резултати, които са тясно приведени в съответствие с тези на Едингтън и Дайсън, но дотогава Айнщайн вече беше добре отпразнуван. (Дайсън също се опита да повтори експеримента, но гледката му беше замъглена.)
**********
Никакви професионални усилия не са се опитали да се повтори експериментът Едингтън-Дайсън от 1973 г., тъй като затъмненията вече не са необходими за измерване на отклонението на слънчевата светлина, което Айнщайн предвиждаше. Радиотелескопите например позволиха на учените през 70-те да наблюдават слънчевата огъваща се светлина от квазари - супер ярки галактически ядра, всяка от които се състои от гигантска черна дупка, заобиколена от диск, който излъчва огромни количества енергия - през деня без помощта на затъмнение.
Повечето от дузината аматьорски групи Dittrich се координираха през 2017 г., за да повторят версията на експеримента за затъмнение в началото на 20-ти век, научиха колко много начини може да пропадне един единствен експеримент. В десет от площадките участниците имаха проблеми с оборудването си, като захранване и свръхекспозиция или атмосферни турбуленции и не получиха използваеми данни. Една група случайно изрита триножника на телескопа в критичен момент. Тези грешки подчертават колко късмет и двете експедиции от 1919 г. са били заснели всякакви използваеми звезди по време на тоталността.
Бери и студентите в Portland Community College, работещи с него, бяха една от двете успешни групи в сътрудничество на 12 сайта. И тогава имаше Дон Брунс, този аматьор аматьор, готов за действие в Каспър, Уайоминг. Той се подготвяше повече от година за наблюденията си и практикуваше отново и отново за тези решаващи минути на съвкупността. Той беше „грандиозно успешен“ със своите наблюдения, казва Дитрих.
Аматьори-аматьори, подготвящи се да наблюдават пълното слънчево затъмнение за 2017 г. Отляво надясно: Ейбрахам Салазар (студент), Джейкъб Шаркански (студент), Ричард Бери (астроном-аматьор), Стив Пинкстън (студент) и Тоби Дитрих (професор). (С любезното съдействие на Ричард Бери) Данните от експедицията на Принцип на Едингтън бяха преведени в светлинен отклонение от 1, 6 арсекунди - ъглово измерване на разстоянието в небето - докато плочите от екипажа на Дайсън в Собрал предложиха 1, 98 арсекунди и несигурност от около 30 процента. През 2017 г. Брънс, пенсиониран оптичен физик, направи снимки, преведени точно в числото, което Айнщайн би предвидил - отклонение от 1.7512 дъги - с несигурност, свързана с атмосферните турбуленции, от само 3 процента.
За работата си върху това начинание Брунс спечели наградата за любителски постижения Chambliss на Американското астрономическо общество. Резултатите от него бяха публикувани в списанието Classical and Quantum Gravity.
Бери, Брунс и Дитрих вече очакват с нетърпение 2024 г., следващият път, когато тотално слънчево затъмнение ще донесе магията на тоталността на Съединените щати, като тече по диагонал от Тексас до Мейн. Дитрих казва, че групата иска да планира по-големи усилия за повторение на експеримента, с евентуално дори по-точни резултати от Брунс, получени през 2017 г., ако успеят да намалят несигурността поради въздушна турбулентност.
Поглеждайки назад към експеримента с Едингтън-Дайсън, Бери все още се страхува от значението на това, което екипите направиха преди 100 години.
„Това беше експеримент, който трябваше да бъде направен и той наистина наистина промени. Ако просто следвате развитието на относителността, а след това квантовата механика и нещата, които последваха - каза Бери, - нашият модерен свят зависи изцяло от това, което се е случило. "
