כששמי הבוקר התכהו מעל מערב אורגון, שלושת האלפקות של ריצ'רד ברי נסוגו לאסם שלהם. אור היום העמום והקהל הקטן שהתאסף בחוות ברי - עדרי עיירה עם משקפי שמש מקרטון ומזל"טים "- הדגישו את בעלי החיים. בינתיים, הירח והשמש ביצעו בלט שמיימי נדיר מעל לראשם.
ב- 21 באוגוסט 2017, ליקוי החמה הכולל הראשון לחסד את שני חופי ארצות הברית היבשתית מזה 99 שנים. אבל ברי, אסטרונום חובב ועורך הראשי לשעבר של מגזין אסטרונומיה, וקבוצת סטודנטים ממכללת פורטלנד קהילה לא היו שם רק כדי ליהנות מהנוף. הם הכינו את הטלסקופים ואת ציוד המצלמה שלהם כדי לחזור על ניסוי הליקוי המפורסם ביותר בכל הזמנים, המבחן המוצלח הראשון של תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. כמעט מאה שנה לפני ליקוי החמה האמריקני הגדול, שני צוותים של אסטרונומים העזו לחופים רחוקים כדי לצפות בליקוי חמה שישכנע עולם ספקני כי תיאוריות הכובד של אייזק ניוטון אינן נכונות.
אחת התוצאות של התיאוריה של איינשטיין, שפורסמה לראשונה בשנת 1915, היא שאובייקטים שמימיים מסיביים, כמו השמש, מכופפים את מרקם החלל סביב עצמם - וכך הסביר איינשטיין את משיכת הכובד. תיאוריית האסטרופיסיקה הזו שונה מאוד מרעיון הכובד של ניוטון ככוח אטרקטיבי המופעל על ידי כל החומר. לדברי איינשטיין, כל אור הנוסע בסביבתו של חפץ מסיבי מכופף לאורך זמן. בראשית המאה העשרים, איינשטיין מצא דרך להפגין תיאוריה מגונה כביכול באמצעות ליקוי חמה מוחלט.
איינשטיין הציב את האתגר באופן הבא: תאר את עמדות הכוכבים סביב השמש במהלך הטוטאליות, אותם רגעים יקרים שבהם האור הישיר של השמש חסום לחלוטין על ידי הירח, ומאפשר לראות את הכוכבים ברקע. וכן, התבוננו באותם כוכבים כאשר אין ליקוי חמה. אם תיאורייתו הכללית יחסית הייתה אכן נכונה, היה הבדל קל במיקומם של אותם כוכבים - שינוי בלתי נראה לעין האנושית, אך ניתן לזהות באמצעות מדידה עדינה.
בשנת 1919 ארגנו האסטרונומים האנגלים ארתור אדינגטון ופרנק דייסון משלחות לאי פרינסיפה מול החוף המערבי של אפריקה ולסוברל, ברזיל, בהתאמה, כדי לבדוק אם אינשטיין צודק. היום הגורלי היה 29. מאי. ברגע שפרסמו את תוצאותיהם לעולם לא יהיה זהה - או לפחות, ההבנה שלנו בה.
ארתור אדינגטון (משמאל) ופרנק דייסון (מימין). (נחלת הכלל) בשנת 2017, טובי דיטריץ ', פרופסור לפיזיקה במכללה הקהילתית בפורטלנד, ריכז תריסר קבוצות תצפית כולל קבוצות של ברי, ושלח שניים מתלמידיו לחוות אלפקה ואחרים להר אורגון כדי לבדוק אם הם יכולים לעשות לפחות כמו Eddington ו דייסון.
שני המאמצים נאלצו להתמודד עם אתגרים טכניים והפכפכות מזג האוויר, בידיעה שחלון ההזדמנויות להתבוננות במכלול יהיה חולף.
בשנת 1919 היה לאסטרונומים מותרות ברורה של יותר מחמש דקות שלמות. בשנת 2017 שלב הליקוי הכולל נמשך כשתי דקות בלבד עבור הצופים האמריקאים. עננים או רוח חולפים עלולים להרוס את התצפיות באותם רגעים יקרים - למעשה, כיסוי ענן הרס מבחן תורת היחסות במהלך ליקוי חמה כולל של ארה"ב בשנת 1918.
דון ברונס, אסטרונום חובב שהוצב בקזפר, וויומינג לקראת ליקוי החמה של 2017 ומתאם עם מאמץו של דיטריך, קיבל השראה בחלקו מארבעה ניסיונות כושלים לשחזר את הניסוי של אדינגטון-דייסון בין 1936 ל -1954.
"בכך אני נותן לאסטרונומים לנוח בשלום", אומר ברונס.
**********
המומחיות של אדינגטון ודיסון התאימו היטב למשימה הרודפת אחרי ליקוי חמה. דייסון היה האסטרונום המלכותי באנגליה וביים את המצפה המלכותי בגריניץ '. אדינגטון ביים את מצפה הכוכבים בקיימברידג ', והוא גם עשה לעצמו שם בתחום התיאוריה שהראה שהשמש מסוגלת להתקיים כפי שאנו מכירים אותה, במקום להתמוטט תחת משקל משלה, מכיוון שהאור עצמו מפעיל לחץ כלפי חוץ.
תמונה זו מציגה את ספקטרום הפלאש של הכרומוספרה של השמש, השכבה השנייה-למעלה-אטמוספרת השמש, במהלך כל ליקוי החמה של 21 באוגוסט 2017 מעל אורגון. התמונה לוכדת את הליקוי בכל אורכי גל של אור שהאטומים בכרומוספירה פולטים. לדוגמה, אטומי מימן הפולטים אור באורך הגל "מימן אלפא", מייצרים צבע אדום של אור מימין, ואילו אטומי הסידן מייצרים את הסגול משמאל. (מצפה הכוכבים של ריצ'רד ברי / אלפקה אחו) המאמץ של פרינסיפה, שהוצב במטע קקאו בחלק הצפון-מערבי של האי האפריקני, בוצע על ידי אדינגטון ואדווין קוטהאם. הצמד השתמש ברובו בציוד שהושאל ממצפה הכוכבים של אוקספורד, מכיוון שמצפה הקיימברידג 'של אדינגטון עצמו לא היה מתמחה ליקוי חמה, על פי ספרו החדש של דניאל קנפיק, ללא צל של ספק: הליקוי מ -1919 שאישר את תורת היחסות של איינשטיין .
אדינגטון ככל הנראה ביצע את כל ניתוח הנתונים ממשלחתו באופן אישי, אף כי לא התקיימו שום רשומות שביצע במהלך מסעו - אפילו לא לוחות הצילום המקוריים, שנעלמו עם הזמן. על פי הדיווח ממקור ראשון של האסטרופיזיקאי הסברהרמניאן צ'נדראסקהאר, דייסון אמר לקוטינגהם שאם אדינגטון יצפה בכמה סיבובים גדולים פי שניים ממה שאינשטיין חזה - תוצאה ביזארית שלא המסגרת של איינשטיין ולא ניוטון תצפה - "אדינגטון ישתגע, ואתה תצליח צריך לבוא הביתה לבד. "
בינתיים דייסון לא עזב את אנגליה לאירוע. לסוברל, ברזיל, הוא שלח שני אנשי צוות שלו, צ'ארלס דוידסון ואנדרו קרומלין, וכמה ציוד מהמצפה המצפה שלו. כשחזרו, דייסון כיוון את ניתוח הנתונים של הצוות ושיתף פעולה עם אדינגטון בדו"ח הסופי.
כל אחד מצוותי 1919 נדרש לחזור עם שתי פיסות נתונים קריטיות המקודדות על לוחות הזכוכית. לפחות צלחת אחת תילקח במהלך הטוטאליות, בעוד שהשנייה נעשתה בלילה עם אותם כוכבים בשמיים, אך ללא שמש וירח בקדמת הבמה. גם אם זה נעשה בצורה טובה, האדם שמנתח את הפלטות היה אתגר אמיתי.
"הכוכבים, כמובן, נראו כמו עיגולים קטנים על הצלחות", אומר קנפיק. "מסתבר שהשינוי בתנוחה הוא למעשה פחות מגודל המעגל. כך שמדובר במדידה מאוד יפה מאוד. זו מדידה קשה מאוד לבצע. "
למרבה המזל דייסון התפרנס מתצפיות מסוג זה. עבודתו הרגילה כללה מחקרים מדוקדקים של עמדות מהממים ובחינת שינויים קטנים. הוא השתמש במכשיר קטן שנקרא בורג מיקרומטר, שזז מעבר לצלחת מנקודה אחת לאחרת ומדד את המרחק בין עצמים.
הם היו במזל ביום ליקוי החמה של שנת 1919 מכיוון שהשמש הייתה בסמוך לאשכול כוכבים בהיר מאוד המכונה Hyades, אותו כינה אדינגטון "ללא ספק שדה הכוכבים הטוב ביותר שנתקל בו." הבהירות שלהם הייתה מקלה עליהם להבחין בצלחת טלסקופ מאשר כוכבים חלשים יותר, שעלולים ללכת לאיבוד בזוהר האזור החיצוני באטמוספירה של השמש, המכונה קורונה. (פלזמה מחוממת-על זו נראית רק לעין בלתי מזוינת במהלך ליקוי חמה מוחלט, כאשר נראה שהיא מנצנצת סביב השמש המנוקדת.)
לוחית העתקה של לוח המשלחת של דייסון משנת 1919, עם סימונים שנעשו על ידי הקבוצה של דייסון. (מכון נילס בוהר, אוניברסיטת קופנהגן) אף שהניסוי הדו-ממושך התגלה כמוצלח, שניהם התקרבו לחיזויו של איינשטיין לכמות הסטייה, הוא לא היה בלי מחלוקת. אחד משני הטלסקופים במשלחת סוברל ייצר צלחות מפוקפקות למראה, עם כוכבים שנראו יותר כתמים מאשר עיגולים. נראה כי דייסון ביצע את הקריאה לזרוק את הנתונים, וכמה היסטוריונים תוהים אם קבוצת אדינגטון-דייסון הייתה כה תקווה להוכיח את איינשטיין צודקת, כי הם השליכו בצורה לא נכונה נתונים שלא הסכימו.
אבל קנפיק אומר שזה לא סביר שדייסון זינק את התוצאות. אדינגטון היה המדען שתמך באופן קולני בתחזיותיו של איינשטיין לפני הניסוי, ולא היה לו שום קשר לזריקת צלחות סוברל.
"נדיר שהוא ניטרלי לחלוטין במדע או בחיים", כותב קנפיק. "להעניש את אדינגטון על כך שהוא כנה בנסח את העדפותיו, הוא רק מבקש שמדענים ידכאו בצורה לא כנה את השקפותיהם."
**********
איינשטיין לא נראה מודאג יתר על המידה שתורת הנישה שלו אז תושם סוף סוף למבחן. חלקם אף הציעו שהוא היה זחוח מכל הסערה, כל כך בטוח בתיאוריה שלו שהוא לא היה מעט לחוץ ממה שמציאו משלחות 1919.
"מדענים מפורסמים אמרו לו, 'אני לא באמת מאמין כמה היית רגוע בקשר לזה'", אומר קנפיק. "הם היו כמו 'אוי אלוהים, זה מדהים'. והוא אמר 'כן, ידעתי.'
תצלום של אלברט איינשטיין משנת 1921. (ארכיון ההיסטוריה האוניברסלית / UIG באמצעות Getty Images) אך למרות חוסר הספק של איינשטיין, הוא רצה שהניסוי יבוצע. כבר ב -1911 הוא כתב לאסטרונומים אחרים ושאל אם הם יכולים לעשות ניסוי מסוג ליקוי חמה מסוג זה, והוא גייס באופן פעיל כסף למען המטרה. הוא מימן את מסע האסטרונום הגרמני ארווין פרוינדליך לקרים בשנת 1914 בכדי לבצע את תצפיות הליקוי שעורך אדינגטון בסופו של דבר, אך מסעו של פרוינדליך סבל מגורל רע. הארכידוכס פרנץ פרדיננד נרצח בזמן שפרונדליך חצה את רוסיה, מלחמת העולם הראשונה פרצה, והאסטרונום נעצר על ידי אנשי הצאר, ציודו הוחרם.
**********
הפיזיקאי והפילוסוף אילזה רוזנטל-שניידר היה לכאורה עם איינשטיין רגע לאחר שקיבל מברק בספטמבר 1919 עם הידיעה כי ניסוי אדינגטון-דייסון אישר את תחזיותיו. היא כתבה כי איינשטיין נראה מאושר אך לא באקסטזה, וחוסר ההתלהבות שלו הפתיע אותה.
"אז היא אמרה, 'ובכן, מה היית אומרת אם התיאוריה הייתה מוצאת נגדך? האם היית מאוכזב במקרה הזה? '"קנאפיק אומר. "ואינשטיין חייך ואמר, 'אז הייתי מצטער על אדוני היקר, כי התיאוריה נכונה.'"
התוצאות הוצגו רשמית בישיבת החברה המלכותית בלונדון ב- 6 בנובמבר 1919, והציעו את איינשטיין לתהילה עולמית. על פי הדיווח של המתמטיקאי אלפרד נורת 'וייטהד: "כל האווירה של העניין המתוח הייתה בדיוק של הדרמה היוונית: היינו הפזמון שהעיר על צו הגורל כפי שנחשף בפיתוח אירוע עליון. הייתה הבמה טמונה באופן דרמטי מאוד - הטקס המסורתי, וברקע תמונתו של ניוטון כדי להזכיר לנו שגדול ההכללות הטקסיות היה עכשיו, אחרי יותר משני מאות שנים, לקבל את שינויו הראשון. "
מבט זה, העשוי מ 23 תמונות מוערמות בודדות, מציג 42 כוכבים, מעגלים בצהוב, סביב השמש במהלך הטוטאליות. פני הירח נראים בגלל "אור אדמה" - אור השמש המשתקף על ידי כדור הארץ - ואז מקפיץ את הירח. הטבעות הגדולות מציגות את הקורונה שנלכדה בזמני חשיפה שונים. (מצפה הכוכבים של ריצ'רד ברי / אלפקה אחו) עם זאת, הייתה ליקוי חמה נוסף בשנת 1922, מה שהעניק לאחרים סיכוי לאשש את תוצאותיו של אדינגטון ודיסון. אך באופן טבעי, בשנת 1919, אסטרונומים "התרגשו. הם היו שמחים. הם היו מלאי אנרגיה. אבל הם העריכו [שהם יכלו] לבדוק את זה בעוד שלוש שנים, "אומר קנפיק. "אין טעם לשים את השמפניה על הקרח במשך שלוש שנים."
עבור אותה ליקוי חמה בשנת 1922, קבוצה ממצפה הכוכבים ללקים בקליפורניה ערכה ניסוי המשך וקיבלה תוצאות שתואמות קשר הדוק עם אדינגטון ודיסון, אך עד אז איינשטיין כבר חגג היטב. (דייסון ניסה לחזור על הניסוי, אך השקפתו הוצפה.)
**********
שום מאמצים מקצועיים לא ניסו לשכפל את הניסוי של אדינגטון-דייסון מאז 1973, מכיוון שליקוי חמה כבר לא נחוץ למדידת שטיית האור של השמש שאינשטיין חזה. טלסקופים רדיו, למשל, אפשרו למדענים בשנות השבעים לצפות בשמש המכופפת אור מכספי קווארים - ליבות גלקטיות סופר-בהירות, שכל אחת מהן מורכבת מחור שחור ענקי מוקף בדיסק הפולט כמויות אדירות של אנרגיה - בשעות היום ללא העזרה. של ליקוי חמה.
מרבית תריסר הקבוצות החובבות שדיטריך התאם בשנת 2017 לחזור על הגרסה המוקדמת של המאה העשרים של הניסוי ליקוי חמה למדה עד כמה דרכים יכולות לנהל ריצת ניסוי אחת. בעשרה מהאתרים היו למשתתפים בעיות בציוד שלהם, כמו אספקת חשמל וחשיפת יתר, או סערה באטמוספירה, והם לא קיבלו נתונים שמישים. קבוצה אחת בעטה בטעות בחצובה של הטלסקופ ברגע קריטי. החסרונות הללו מדגישים את מזלם ששתי המשלחות ב -1919 היו לכבוש כל כוכבים שמישים במהלך כל הטוטאליות.
ברי ותלמידי המכללה הקהילתית בפורטלנד שעבדו אתו היו אחת משתי קבוצות מצליחות בשיתוף הפעולה בן 12 האתרים. ואז היה דון ברונס, אותו אסטרונום חובב מוכן לפעולה בקזפר, וויומינג. הוא התכונן כבר יותר משנה לתצפיות שלו, והוא התאמן שוב ושוב במשך אותן דקות מכריעות של מכלול. לדברי דיטריך, הוא "הצליח בצורה מדהימה".
אסטרונומים חובבים שמתכוננים להתבונן בליקוי החמה הכולל של שנת 2017. משמאל לימין: אברהם סלזאר (סטודנט), ג'ייקוב שרקנסקי (סטודנט), ריצ'רד ברי (אסטרונום חובב), סטיב פינקסטון (סטודנט) וטובי דיטריך (פרופסור). (באדיבות ריצ'רד ברי) נתונים ממסע פרינסיפה של אדינגטון תורגמו לסטייה קלה של 1.6 ארק"ש - מדידה זוויתית של המרחק לרוחב השמיים - בעוד צלחות מצוות דייסון בסובראל הציעו 1.98 שניות קשת ושולי אי וודאות של כ -30 אחוזים. בשנת 2017, ברונס, פיזיקאי אופטי בדימוס, צילם תמונות שתורגמו למספר המדויק שאינשטיין ינבא - הסטה של 1.7512 קשת קשת - עם אי וודאות, הקשורה לסערת האטמוספירה, של 3 אחוזים בלבד.
על עבודתו במאמץ זה, זכה ברונס בפרס הישג החובבנים של החברה האסטרונומית האמריקאית לאסטרונומיה. תוצאותיו פורסמו בכתב העת Classical and Quantum Gravity.
ברי, ברונס ודיטריץ 'כבר מצפים לשנת 2024, בפעם הבאה ליקוי חמה מוחלט יביא את קסם הטוטאליות לארצות הברית, לרוץ באלכסון מטקסס למיין. Dittrich אומר שהקבוצה רוצה לתכנן מאמץ גדול יותר לחזור על הניסוי, עם תוצאות אפילו יותר מדויקות ממה שברונס השיגה בשנת 2017 אם הם יכולים להפחית את חוסר הוודאות בגלל סערת אוויר.
במבט לאחור על ניסוי אדינגטון-דייסון, ברי עדיין נדהם מהמשמעות של מה שעשו הקבוצות לפני 100 שנה.
"זה היה ניסוי שהיה צריך לעשות, וזה באמת עשה את ההבדל. אם אתה פשוט עוקב אחר התפתחות היחסות ואז מכניקת הקוונטים והדברים שבאו אחר כך, "אמר ברי, " העולם המודרני שלנו תלוי לחלוטין בדברים האלה שקרה. "
