Semasa langit pagi gelap gelap di Oregon Barat, tiga alpacas Richard Berry berundur ke kandang mereka. Hari-hari peredupan dan kerumunan kecil yang telah berkumpul di ladang-ladang Berry dari luar bandar dengan gelas solar karton dan dron quadcopter-menekankan haiwan. Sementara itu, bulan dan matahari melakukan balet angkasa yang jarang di atas kepala mereka.
Pada 21 Ogos, 2017, gerhana matahari pertama yang pertama bagi kedua-dua pantai benua Amerika Syarikat dalam 99 tahun sedang dijalankan. Tetapi Berry, seorang ahli astronomi amatur dan bekas ketua editor majalah Astronomi, dan sekumpulan pelajar dari Portland Community College tidak hanya untuk menikmati pemandangan. Mereka telah menyediakan teleskop dan peralatan kamera mereka untuk mengulangi eksperimen gerhana paling terkenal sepanjang masa, ujian pertama teori teori relativiti Albert Einstein. Hampir seratus tahun sebelum Eclipse Besar Amerika, dua pasukan ahli astronomi mengembara ke pantai yang jauh untuk memerhatikan gerhana yang akan meyakinkan dunia yang ragu-ragu bahawa teori-teori graviti Isaac Newton salah.
Salah satu akibat dari teori Einstein, yang pertama kali diterbitkan pada tahun 1915, adalah benda angkasa yang besar, seperti matahari, melengkung kain ruang sekitar mereka sendiri-iaitu bagaimana Einstein menjelaskan tarikan graviti. Teori astrofizik ini sangat berbeza dari idea graviti Newton sebagai daya tarikan yang menarik oleh semua perkara. Menurut Einstein, setiap cahaya yang bergerak di sekitar objek besar ditekuk bersama dengan jarak masa. Pada awal abad ke-20, Einstein datang dengan cara untuk membuktikan teori ini seolah-olah tidak masuk akal menggunakan gerhana matahari total.
Einstein meletakkan cabaran seperti berikut: Carta kedudukan bintang-bintang di sekeliling matahari semasa keseluruhannya, saat-saat berharga apabila cahaya langsung matahari disekat sepenuhnya oleh bulan, membolehkan bintang-bintang di latar belakang dilihat. Dan, perhatikan bintang yang sama apabila tiada gerhana. Sekiranya teorinya secara umum agak betul, akan ada sedikit perbezaan dalam kedudukan bintang itu-perubahan yang tidak dapat dilihat pada mata manusia, tetapi dapat dikesan melalui pengukuran yang baik.
Pada tahun 1919, ahli astronomi Inggeris Arthur Eddington dan Frank Dyson menganjurkan ekspedisi ke pulau Principe dari pantai barat Afrika dan ke Sobral, Brazil, untuk melihat sama ada Einstein adalah betul. Hari fajar adalah 29 Mei. Sebaik sahaja mereka mempublikasikan hasilnya, dunia tidak akan sama-atau sekurang-kurangnya, pemahaman kita tentangnya.
Arthur Eddington (kiri) dan Frank Dyson (kanan). (Domain awam) Pada tahun 2017, Toby Dittrich, seorang profesor fizik di Kolej Komuniti Portland, menyelaraskan kumpulan pemerhati selusin termasuk Berry, menghantar dua pelajarnya ke ladang alpaca dan lain-lain ke gunung Oregon untuk mengetahui sama ada mereka boleh melakukan sekurang-kurangnya juga Eddington dan Dyson.
Kedua-dua usaha itu perlu menghadapi cabaran teknikal dan cuaca yang tidak tepat, dengan mengetahui peluang untuk mengamati kesatuan itu akan seketika.
Pada tahun 1919, para astronom mempunyai kemewahan yang lebih daripada lima minit keseluruhan. Pada 2017, fasa gerhana total hanya berlangsung selama dua minit untuk penonton Amerika. Melewati awan atau angin boleh merosakkan pemerhatian di saat-saat yang berharga-sebenarnya, penutup awan merosakkan ujian relativiti semasa gerhana matahari total AS pada tahun 1918.
Don Bruns, seorang ahli astronomi amatur yang ditempatkan di Casper, Wyoming untuk gerhana 2017 dan menyelaraskan dengan usaha Dittrich, sebahagiannya diilhamkan oleh empat percubaan yang gagal untuk meniru eksperimen Eddington-Dyson antara 1936 dan 1954.
"Dengan melakukan ini, saya membiarkan ahli-ahli astronomi berehat dengan damai, " kata Bruns.
**********
Keahlian Eddington dan Dyson menjadikan mereka sesuai dengan tugas gerhana gerhana ini. Dyson adalah Astronom Diraja England dan mengarahkan Balai Cerap Diraja di Greenwich. Eddington mengarahkan Observatorium Cambridge, dan dia juga membuat nama untuk dirinya sendiri dalam bidang teori untuk menunjukkan bahawa matahari dapat wujud seperti yang kita ketahui, bukannya runtuh di bawah beratnya sendiri, kerana cahaya itu sendiri menghasilkan tekanan luar.
Imej ini menunjukkan spektrum denyar kromosfer matahari, lapisan kedua-ke-atas suasana matahari, semasa keseluruhan gerhana pada 21 Ogos 2017 ke atas Oregon. Gambar ini menangkap gerhana pada setiap gelombang cahaya yang atom di dalam kromosfera memancarkan. Contohnya, atom hidrogen memancarkan cahaya pada panjang gelombang "hidrogen alfa" menghasilkan warna merah di sebelah kanan, manakala atom kalsium menghasilkan ungu di sebelah kiri. (Richard Berry / Alpaca Meadows Observatory) Usaha Principe, yang ditempatkan di pelan koko di bahagian barat laut pulau Afrika, dilakukan oleh Eddington dan Edwin Cottingham. Kedua-dua orang itu menggunakan kebanyakan peralatan yang dipinjam dari Balai Cerap Oxford, memandangkan Observatorium Cambridge Eddington sendiri tidak khusus untuk gerhana, menurut buku baru Daniel Kennefick, No Shadow of Doubt: The Eclipse 1919 yang Mengesahkan Teori Relativiti Einstein .
Eddington mungkin melakukan semua analisis data dari ekspedisinya secara peribadi, walaupun tidak ada rekod yang tersisa yang dia buat semasa perjalanannya-walaupun plat fotografi yang asal, yang telah hilang dari masa ke masa. Menurut akaun pertama ahli astrofizik, Subrahmanyan Chandrasekhar, Dyson memberitahu Cottingham bahawa jika Eddington mengamati jumlah pesongan sebanyak dua kali lebih baik seperti apa yang diperkirakan oleh Einstein-hasil yang pelik bahawa kerangka kerja Einstein atau Newton tidak akan menjangka- "Eddington akan marah, dan anda akan mesti pulang sendiri. "
Sementara itu, Dyson sebenarnya tidak meninggalkan England untuk majlis itu. Ke Sobral, Brazil, beliau menghantar dua orang kakitangannya, Charles Davidson dan Andrew Crommelin, dan beberapa peralatan dari pemerhatiannya. Apabila mereka kembali, Dyson mengarahkan analisis data pasukan dan bekerjasama dengan Eddington pada laporan akhir.
Setiap 1919 pasukan perlu kembali dengan dua keping data penting yang dikodkan pada plat kaca. Sekurang-kurangnya satu plat akan diambil semasa keseluruhannya, manakala yang lain dibuat pada waktu malam dengan bintang-bintang yang sama di langit, tetapi tidak ada matahari dan bulan di latar depan. Walaupun ini dilakukan dengan baik, orang yang menganalisis piring akan mempunyai cabaran yang nyata.
"Para bintang tentu saja kelihatan seperti lingkaran kecil di atas pinggan, " kata Kennefick. "Ternyata perubahan dalam posisi itu sebenarnya kurang daripada saiz bulatan. Jadi itu ukuran yang sangat baik untuk dibuat. Pengukuran yang sangat sukar untuk dilakukan. "
Nasib baik, Dyson membuat hidupnya membuat jenis pemerhatian ini. Kerja biasa beliau melibatkan kajian berhati-hati mengenai kedudukan bintang dan mengkaji perubahan kecil. Dia menggunakan alat kecil yang dipanggil skru mikrometer, yang bergerak melepasi plat dari satu titik ke yang seterusnya dan mengukur jarak antara objek.
Mereka beruntung pada hari gerhana 1919 kerana matahari berada di dekat kluster bintang yang sangat dikenali sebagai Hyades, yang mana Eddington menyebut "sejauh mana bintang terbaik yang ditemui." Kecerahan mereka akan menjadikan mereka mudah dilihat di atas teleskop daripada bintang-bintang fainter, yang boleh hilang dalam silauan dari kawasan luar suasana matahari, yang disebut korona. (Plasma super panas ini hanya dapat dilihat dengan mata kasar semasa gerhana matahari total, apabila ia kelihatan berkilauan di sekitar matahari terbenam.)
Satu salinan plat ekspedisi 1919 Dyson, dengan tanda-tanda yang dipercayai telah dibuat oleh kumpulan Dyson. (Institut Niels Bohr, Universiti Copenhagen) Walaupun ujian eksperimen dua terbukti berjaya, keduanya semakin dekat dengan prediksi Einstein untuk jumlah pesongan, itu bukan tanpa kontroversi. Salah satu daripada dua teleskop dalam ekspedisi Sobral menghasilkan pinggan yang kelihatan meragukan, dengan bintang-bintang yang kelihatan lebih mirip smudges daripada bulatan. Dyson nampaknya telah membuat panggilan untuk membuang data itu, dan sesetengah ahli sejarah tertanya-tanya jika kumpulan Eddington-Dyson begitu berharap untuk membuktikan Einstein benar bahawa mereka tidak betul membuang data yang tidak setuju.
Tetapi Kennefick mengatakan ia tidak mungkin Dyson memecat keputusannya. Eddington adalah ahli sains yang menyokong secara mendalam ramalan Einstein sebelum eksperimen berlaku, dan dia tidak ada kaitan dengan melemparkan plat Sobral.
"Ia jarang sekali menjadi neutral dalam sains atau kehidupan, " tulis Kennefick. "Menghukum Eddington kerana jujur dalam menyuarakan keutamaannya hanya meminta para saintis tidak jujur menekan pandangan mereka."
**********
Einstein tidak terlalu bimbang bahawa teori nichenya akhirnya akan diuji. Ada juga yang mencadangkan bahawa dia sombong mengenai kesengsaraan itu, jadi pasti teorinya bahawa dia tidak sedikit yang gugup tentang ekspedisi tahun 1919.
"Ahli sains terkenal berkata kepadanya, 'Saya tidak boleh percaya betapa tenangnya anda tentang ini, ' kata Kennefick. "Mereka seperti, 'Ya Tuhan, ini luar biasa.' Dan dia berkata, 'Ya, saya tahu.'
Gambar Albert Einstein bertarikh 1921. (Arkib Sejarah Universal / UIG melalui Getty Images) Tetapi walaupun kekurangan keraguan Einstein, dia mahukan eksperimen itu dijalankan. Seawal tahun 1911 beliau telah menulis kepada ahli astronomi lain yang bertanya sama ada mereka boleh melakukan eksperimen gerhana seperti ini, dan dia secara aktif mengumpulkan wang untuk tujuan itu. Beliau membiayai ekspedisi astronomi Jerman Erwin Freundlich ke Crimea pada tahun 1914 untuk melakukan pemerhatian gerhana Eddington akhirnya akan membuat, tetapi perjalanan Freundlich mengalami nasib yang tidak baik. Archduke Franz Ferdinand dibunuh manakala Freundlich melintasi Rusia, Perang Dunia I pecah, dan astronomi ditangkap oleh orang Tsar, peralatannya dirampas.
**********
Ahli fizik dan ahli falsafah Ilse Rosenthal-Schneider didakwa dengan Einstein hanya selepas dia menerima telegram pada September 1919 dengan berita bahawa eksperimen Eddington-Dyson mengesahkan ramalannya. Dia menulis bahawa Einstein kelihatan gembira tetapi tidak gembira, dan kekurangan semangatnya mengejutkannya.
"Jadi, dia berkata, 'Nah, apa yang anda akan katakan jika teori telah menemui anda? Adakah anda kecewa, dalam acara itu? '"Kata Kennefick. "Dan [Einstein] tersenyum dan berkata, 'Baiklah, saya akan minta maaf kepada tuan, kerana teori itu betul.'"
Hasilnya secara rasmi dipersembahkan pada mesyuarat Royal Society di London pada 6 November 1919, yang menggalakkan Einstein menjadi ketenaran dunia. Menurut akhbar ahli matematik Alfred North Whitehead: "Keseluruhan suasana minat tegang adalah betul-betul dari drama Yunani: Kami adalah paduan suara yang mengulas mengenai keputusan nasib seperti yang dinyatakan dalam perkembangan insiden tertinggi. Terdapat kualiti yang dramatik dalam pementasan-tradisi tradisional, dan di latar belakang gambar Newton untuk mengingatkan kita bahawa yang paling besar dari generalisasi upacara sekarang, selepas lebih daripada dua abad, menerima pengubahsuaian pertama. "
Pandangan ini, yang dibuat dari 23 imej disusun individu, menunjukkan 42 bintang, dilingkari kuning, sekitar matahari semasa keseluruhannya. Wajah bulan kelihatan kerana "bumi" - cahaya matahari yang dicerminkan oleh Bumi-kemudian memantul bulan. Cincin besar menunjukkan corona yang ditangkap pada masa pendedahan yang berbeza. (Richard Berry / Alpaca Meadows Observatory) Walau bagaimanapun, terdapat gerhana matahari yang lain pada tahun 1922, memberi peluang kepada orang lain untuk memperkuat keputusan Eddington dan Dyson. Tetapi secara semula jadi, pada tahun 1919, para astronom "teruja. Mereka sangat bahagia. Mereka bertenaga. Tetapi mereka menghargai [mereka boleh] menyemaknya dalam masa tiga tahun, "kata Kennefick. "Tidak ada gunanya meletakkan champagne di atas ais selama tiga tahun."
Untuk gerhana 1922 itu, satu kumpulan dari Observatori Lick California melakukan percubaan susulan dan mendapat hasil yang hampir sejajar dengan Eddington dan Dyson, tetapi pada masa itu, Einstein telah dirayakan dengan baik. (Dyson juga cuba mengulang percubaan itu, tetapi pandangannya tersasar.)
**********
Tidak ada upaya profesional yang cuba mereplikasi eksperimen Eddington-Dyson sejak 1973, kerana gerhana tidak lagi diperlukan untuk mengukur pesongan cahaya matahari yang diperkirakan oleh Einstein. Teleskop radio, sebagai contoh, membenarkan para saintis pada tahun 1970-an untuk memerhatikan cahaya matahari membongkok dari teras galaksi super-cerah-super terang, masing-masing terdiri daripada lubang hitam gergasi yang dikelilingi oleh cakera yang memancarkan sejumlah besar tenaga-siang hari tanpa bantuan daripada gerhana.
Kebanyakan kumpulan amatur sedozen Dittrich yang diselaraskan pada tahun 2017 untuk mengulangi versi awal eksperimen gerhana pada abad ke-20 mempelajari berapa banyak cara satu percubaan tunggal dapat ditembusi. Di sepuluh tapak, peserta menghadapi masalah dengan peralatan mereka, seperti bekalan kuasa dan pendedahan yang terlalu banyak, atau pergolakan atmosfera, dan mereka tidak dapat memperoleh data yang boleh digunakan. Satu kumpulan secara tidak sengaja menendang tripod teleskop pada saat yang kritikal. Kesilapan ini menggariskan betapa bertuah kedua ekspedisi 1919 itu telah menangkap bintang yang boleh digunakan semasa keseluruhannya sama sekali.
Pelajar Berry dan pelajar Kolej Komuniti Portland yang bekerja dengannya adalah salah satu daripada dua kumpulan yang berjaya dalam kerjasama 12 tapak. Dan kemudian ada Don Bruns, ahli astronomi amatir itu bersedia untuk bertindak di Casper, Wyoming. Dia telah bersiap untuk lebih dari setahun untuk pemerhatiannya, dan dia telah berulang-ulang beramal untuk minit-minit penting keseluruhan. Dia "berjaya" dengan pemerhatiannya, kata Dittrich.
Ahli astronomi amatur bersedia untuk memerhatikan gerhana matahari sebanyak 2017. Kiri ke kanan: Abraham Salazar (pelajar), Jacob Sharkansky (pelajar), Richard Berry (astronom amatur), Steve Pinkston (pelajar) dan Toby Dittrich (profesor). (Dari hormat Richard Berry) Data dari ekspedisi Principe Eddington diterjemahkan ke dalam pesongan cahaya sebanyak 1.6 arseconds-pengukuran sudut jarak di seluruh langit-sementara piring dari kru Dyson di Sobral mencadangkan 1.98 arcseconds dan margin ketidakpastian sekitar 30 peratus. Pada tahun 2017, Bruns, seorang ahli fizik optik yang telah bersara, mengambil gambar yang diterjemahkan ke dalam nombor yang betul-betul Einstein akan meramalkan-pesongan sebanyak 1.7512 arcseconds-dengan ketidakpastian, yang berkaitan dengan pergolakan atmosfera, hanya 3 peratus.
Bagi kerjanya dalam usaha ini, Bruns memenangi Anugerah Pencapaian Amatur Chambliss Society Astronomi Amerika. Hasilnya diterbitkan dalam jurnal Classical and Quantum Gravity.
Berry, Bruns dan Dittrich sudah sabar ke 2024, pada masa depan gerhana matahari akan membawa keajaiban ke seluruh Amerika Syarikat, berjalan diagonal dari Texas ke Maine. Dittrich berkata kumpulan itu mahu merancang usaha yang lebih besar untuk mengulangi percubaan itu, dengan keputusan yang lebih tepat daripada Bruns mendapat pada tahun 2017 jika mereka dapat mengurangkan ketidakpastian akibat pergolakan udara.
Mengulas semula percubaan Eddington-Dyson, Berry masih kagum dengan kepentingan pasukan apa yang dilakukan 100 tahun yang lalu.
"Ia adalah percubaan yang mesti dilakukan, dan ia benar-benar membuat perbezaan. Jika anda hanya mengikut perkembangan relativiti dan kemudian mekanik kuantum dan perkara-perkara yang diikuti, "kata Berry, " dunia moden kita bergantung sepenuhnya pada perkara-perkara ini yang telah berlaku. "
