Enquanto o céu matutino escurecia sobre o oeste do Oregon, as três alpacas de Richard Berry recuaram para o celeiro. O escurecer da luz do dia e a pequena multidão que se reunira na fazenda Berry - bandos de pessoas de fora da cidade com óculos solares de papelão e drones quadcopter - enfatizavam os animais. Enquanto isso, a lua e o sol estavam realizando um raro balé celestial acima de suas cabeças.
Em 21 de agosto de 2017, o primeiro eclipse solar total para agraciar as costas dos Estados Unidos continentais em 99 anos estava em andamento. Mas Berry, um astrônomo amador e ex-editor-chefe da revista Astronomy, e um grupo de estudantes do Portland Community College não estavam lá apenas para apreciar a vista. Eles haviam preparado seus telescópios e equipamento de câmera para repetir o mais famoso experimento de eclipse de todos os tempos, o primeiro teste bem-sucedido da teoria geral da relatividade de Albert Einstein. Quase cem anos antes do Grande Eclipse Americano, duas equipes de astrônomos se aventuraram a praias distantes para observar um eclipse que convenceria um mundo cético de que as teorias da gravidade de Isaac Newton estavam erradas.
Uma conseqüência da teoria de Einstein, publicada pela primeira vez em 1915, é que objetos celestes massivos, como o sol, dobram o tecido do espaço-tempo em volta de si mesmos - eis como Einstein explicou a força da gravidade. Esta teoria astrofísica é muito diferente da ideia de gravidade de Newton como uma força atrativa exercida por toda a matéria. De acordo com Einstein, qualquer luz viajando na vizinhança de um objeto massivo é dobrada junto com o espaço-tempo. No início do século 20, Einstein apresentou uma maneira de demonstrar essa teoria aparentemente absurda usando um eclipse solar total.
Einstein expôs o desafio da seguinte maneira: mapeie as posições das estrelas ao redor do sol durante a totalidade, aqueles momentos preciosos em que a luz direta do sol é totalmente bloqueada pela lua, permitindo que as estrelas no fundo sejam vistas. E observe as mesmas estrelas quando não há eclipse. Se sua teoria do geral fosse relativamente correta, haveria uma ligeira diferença nas posições dessas estrelas - uma mudança invisível ao olho humano, mas detectável por meio de uma boa medição.
Em 1919, os astrônomos ingleses Arthur Eddington e Frank Dyson organizaram expedições para a ilha de Príncipe, na costa oeste da África, e para Sobral, no Brasil, respectivamente, para ver se Einstein estava certo. O dia fatídico foi em 29 de maio. Uma vez que eles divulgaram seus resultados, o mundo nunca seria o mesmo - ou pelo menos a nossa compreensão disso.
Arthur Eddington (à esquerda) e Frank Dyson (à direita). (Domínio público) Em 2017, Toby Dittrich, professor de física do Portland Community College, coordenou uma dúzia de grupos de observação, incluindo Berry, enviando dois de seus alunos para a fazenda de alpaca e outros para uma montanha no Oregon para ver se eles poderiam fazer pelo menos tão bem quanto Eddington e Dyson
Ambos os esforços tiveram que enfrentar desafios técnicos e a inconstância do tempo, sabendo que a janela de oportunidade para observar a totalidade seria passageira.
Em 1919, os astrônomos tinham o distinto luxo de mais de cinco minutos de totalidade. Em 2017, a fase total do eclipse durou apenas cerca de dois minutos para os espectadores americanos. Passar nuvens ou vento poderia arruinar as observações naqueles momentos preciosos - na verdade, a cobertura de nuvens arruinou um teste de relatividade durante o eclipse solar total dos EUA de 1918.
Don Bruns, astrônomo amador em Casper, Wyoming, para o eclipse de 2017 e coordenado com o esforço de Dittrich, inspirou-se parcialmente em quatro tentativas fracassadas de replicar o experimento de Eddington-Dyson entre 1936 e 1954.
“Ao fazer isso, eu deixo os astrônomos descansarem em paz”, diz Bruns.
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O conhecimento de Eddington e Dyson os tornou adequados para essa tarefa de perseguir o eclipse. Dyson era o astrônomo real da Inglaterra e dirigiu o Observatório Real em Greenwich. Eddington dirigiu o Observatório de Cambridge, e ele também fez um nome para si mesmo no campo da teoria por mostrar que o sol é capaz de existir como o conhecemos, em vez de colapsar sob seu próprio peso, porque a própria luz exerce uma pressão externa.
Esta imagem mostra o espectro de flash da cromosfera do sol, a segunda camada da atmosfera do sol, durante a totalidade do eclipse de 21 de agosto de 2017 sobre o Oregon. A imagem captura o eclipse em cada comprimento de onda de luz que os átomos da cromosfera emitem. Por exemplo, átomos de hidrogênio emitindo luz no comprimento de onda do "hidrogênio alfa" produzem uma luz vermelha à direita, enquanto os átomos de cálcio produzem o roxo à esquerda. (Richard Berry / Alpaca Meadows Observatory) O esforço do Príncipe, estacionado em uma plantação de cacau na parte noroeste da ilha africana, foi realizado por Eddington e Edwin Cottingham. A dupla usava principalmente equipamentos emprestados do Oxford Observatory, já que o Cambridge Observatory de Eddington não era especializado em eclipses, de acordo com o novo livro de Daniel Kennefick, Nenhuma Sombra de uma Dúvida: O Eclipse de 1919 que confirma a Teoria da Relatividade de Einstein .
Eddington provavelmente fez toda a análise de dados de sua expedição pessoalmente, embora não haja registros que ele tenha feito durante sua jornada - nem mesmo as placas fotográficas originais, que desapareceram ao longo do tempo. Segundo o relato em primeira mão do astrofísico Subrahmanyan Chandrasekhar, Dyson disse a Cottingham que, se Eddington observasse uma quantidade de deflexão duas vezes maior do que Einstein previa - um resultado bizarro que nem o modelo de Einstein nem Newton anteciparia - “Eddington enlouquecerá e você tem que voltar para casa sozinha.
Enquanto isso, Dyson não deixou a Inglaterra para a ocasião. Para Sobral, no Brasil, ele enviou dois membros de sua equipe, Charles Davidson e Andrew Crommelin, e alguns equipamentos de seu observatório. Quando retornaram, Dyson dirigiu a análise dos dados da equipe e colaborou com Eddington no relatório final.
Cada uma das equipes de 1919 precisava retornar com dois dados críticos codificados em placas de vidro. Pelo menos um prato seria tomado durante a totalidade, enquanto o outro era feito à noite com as mesmas estrelas no céu, mas sem sol e lua no primeiro plano. Mesmo se isso fosse bem feito, a pessoa que analisa as placas teria um desafio real.
“As estrelas, é claro, pareciam pequenos círculos nas placas”, diz Kennefick. “Acontece que a mudança na posição é na verdade menor que o tamanho do círculo. Então é uma medida muito boa para se fazer. É uma medida muito difícil de fazer.
Felizmente, Dyson ganhava a vida fazendo esses tipos de observações. Seu trabalho normal envolvia estudos cuidadosos de posições estelares e análise de pequenas mudanças. Ele usou um pequeno dispositivo chamado parafuso micrométrico, que se movia pela placa de um ponto a outro e media a distância entre os objetos.
Eles estavam com sorte no dia do eclipse de 1919 porque o sol estava perto de um aglomerado de estrelas chamado Hyades, que Eddington chamou de "de longe o melhor campo de estrelas encontrado". Seu brilho facilitaria sua localização em uma placa telescópica. do que estrelas mais fracas, que poderiam ser perdidas no brilho da região externa da atmosfera do sol, chamada de corona. (Esse plasma superaquecido só é visível a olho nu durante um eclipse solar total, quando parece brilhar ao redor do sol apagado.)
Um exemplar da placa de expedição Dyson de 1919, com marcas que acreditam ter sido feito pelo grupo de Dyson. (Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhagen) Embora o experimento em duas frentes tenha sido bem-sucedido, tanto aproximando-se da previsão de Einstein quanto à quantidade de deflexão, não foi sem controvérsia. Um dos dois telescópios da expedição de Sobral produzia placas de aspecto duvidoso, com estrelas que mais pareciam manchas do que círculos. Dyson parece ter feito o apelo para lançar os dados, e alguns historiadores se perguntam se o grupo de Eddington-Dyson estava tão esperançoso em provar a Einstein que erroneamente jogaram fora dados que não concordavam.
Mas Kennefick diz que é improvável que Dyson tenha falsificado os resultados. Eddington foi o cientista que apoiou vocalmente as previsões de Einstein antes do experimento, e não teve nada a ver com jogar pratos de Sobral.
“É raro ser completamente neutro em ciência ou vida”, escreve Kennefick. "Punir Eddington por ser honesto em articular suas preferências é meramente pedir que os cientistas desonestamente suprimam seus pontos de vista".
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Einstein não parecia muito preocupado com o fato de sua teoria do nicho ser finalmente posta à prova. Alguns até sugeriram que ele estava convencido de todo o calvário, tão certo de sua teoria de que não estava nem um pouco nervoso com o que as expedições de 1919 encontrariam.
“Cientistas famosos disseram a ele: 'Eu não posso realmente acreditar em como você estava calmo com relação a isso'”, diz Kennefick. “Eles disseram: 'Meu Deus, isso é incrível'. E ele estava dizendo: 'Sim, eu sabia'.
Fotografia de Albert Einstein datada de 1921. (Arquivo da História Universal / UIG via Getty Images) Mas apesar da falta de dúvida de Einstein, ele queria que o experimento fosse realizado. Já em 1911 ele escreveu para outros astrônomos perguntando se eles poderiam fazer esse tipo de experimento do eclipse, e ele ativamente levantou dinheiro para a causa. Ele financiou a expedição do astrônomo alemão Erwin Freundlich à Crimeia em 1914 para fazer as observações do eclipse que Eddington acabaria fazendo, mas a jornada de Freundlich sofreu um destino ruim. O arquiduque Franz Ferdinand foi assassinado enquanto Freundlich atravessava a Rússia, a Primeira Guerra Mundial estourou e o astrônomo foi preso pelos homens do czar, seu equipamento confiscado.
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O físico e filósofo Ilse Rosenthal-Schneider estava supostamente com Einstein logo após receber um telegrama em setembro de 1919 com a notícia de que o experimento de Eddington-Dyson confirmou suas previsões. Ela escreveu que Einstein parecia feliz, mas não em êxtase, e sua falta de entusiasmo a surpreendeu.
“Então, ela disse: 'Bem, o que você teria dito se a teoria tivesse encontrado contra você? Você ficaria desapontado, nesse caso? '”, Diz Kennefick. “E [Einstein] sorriu e disse: 'Bem, então eu teria ficado triste pelo querido senhor, porque a teoria está correta'”.
Os resultados foram formalmente apresentados na reunião da Royal Society em Londres, em 6 de novembro de 1919, impulsionando Einstein para a fama mundial. De acordo com o relato do matemático Alfred North Whitehead: “Toda a atmosfera de interesse tenso era exatamente a do drama grego: nós éramos o coro comentando o decreto do destino como revelado no desenvolvimento de um incidente supremo. Havia uma qualidade dramática na própria encenação - o cerimonial tradicional e, no fundo, a imagem de Newton para nos lembrar que a maior das generalizações cerimoniais passara, depois de mais de dois séculos, a receber sua primeira modificação ”.
Esta visão, feita a partir de 23 imagens individuais empilhadas, mostra 42 estrelas, circuladas em amarelo, em torno do sol durante a totalidade. O rosto da lua é visível por causa do "brilho da terra" - a luz do sol refletida pela Terra - que então salta da lua. Os anéis grandes mostram a corona capturada em vários tempos de exposição. (Richard Berry / Alpaca Meadows Observatory) Houve, no entanto, outro eclipse solar em 1922, dando aos outros a chance de corroborar os resultados de Eddington e Dyson. Mas naturalmente, em 1919, os astrônomos “ficaram animados. Eles eram felizes. Eles estavam energizados. Mas eles apreciaram [poderiam] verificá-lo em três anos ”, diz Kennefick. "Não adianta colocar o champanhe no gelo por três anos."
Para aquele eclipse de 1922, um grupo do Lick Observatory, da Califórnia, fez um experimento de acompanhamento e obteve resultados que se alinhavam estreitamente com Eddington e Dyson, mas até então Einstein já era bem celebrado. (Dyson também tentou repetir o experimento, mas sua visão estava obscurecida.)
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Nenhum esforço profissional tentou replicar o experimento de Eddington-Dyson desde 1973, já que os eclipses não são mais necessários para medir a deflexão da luz do Sol que Einstein previu. Os radiotelescópios, por exemplo, permitiram aos cientistas, na década de 1970, observar o sol dobrando a luz dos quasares - núcleos galácticos super brilhantes, cada um consistindo de um buraco negro gigante cercado por um disco que emite enormes quantidades de energia - durante o dia sem a ajuda. de um eclipse.
A maior parte da dúzia de grupos amadores que Dittrich coordenou em 2017 para repetir a versão do início do século XX do experimento do eclipse aprendeu exatamente quantas maneiras uma única experiência pode atravessar. Em dez locais, os participantes tiveram problemas com seus equipamentos, como fonte de alimentação e superexposição, ou turbulência atmosférica, e não obtiveram dados utilizáveis. Um grupo acidentalmente chutou o tripé do telescópio em um momento crítico. Estes erros sublinham a sorte que ambas as expedições de 1919 foram de capturar quaisquer estrelas utilizáveis durante a totalidade.
Berry e os estudantes do Portland Community College trabalhando com ele foram um dos dois grupos de sucesso na colaboração de 12 sites. E então houve Don Bruns, aquele astrônomo amador pronto para a ação em Casper, Wyoming. Ele estava se preparando há mais de um ano para suas observações, e havia praticado repetidamente esses minutos cruciais de totalidade. Ele foi "espetacularmente bem sucedido" com suas observações, diz Dittrich.
Astrônomos amadores se preparando para observar o eclipse solar total de 2017. Da esquerda para a direita: Abraham Salazar (estudante), Jacob Sharkansky (estudante), Richard Berry (astrônomo amador), Steve Pinkston (estudante) e Toby Dittrich (professor). (Cortesia de Richard Berry) Dados da expedição Principe de Eddington se traduziram em uma deflexão de luz de 1, 6 segundos - uma medida angular da distância ao longo do céu - enquanto placas da equipe de Dyson em Sobral sugeriam 1, 98 segundos de arco e uma margem de incerteza de 30%. Em 2017, Bruns, um físico óptico aposentado, tirou imagens que se traduziram exatamente no número que Einstein iria prever - uma deflexão de 1, 7512 segundo de arco - com uma incerteza, relacionada à turbulência atmosférica, de apenas 3%.
Por seu trabalho nesse empreendimento, Bruns ganhou o prêmio Chambliss Amateur Achievement da American Astronomical Society. Os resultados foram publicados na revista Classical and Quantum Gravity.
Berry, Bruns e Dittrich já estão ansiosos para 2024, a próxima vez que um eclipse solar total trará a magia da totalidade para os Estados Unidos, correndo diagonalmente do Texas ao Maine. Dittrich diz que o grupo quer planejar um esforço maior para repetir o experimento, com resultados possivelmente ainda mais precisos do que os de Bruns em 2017, se eles puderem reduzir a incerteza devido à turbulência do ar.
Olhando para trás no experimento Eddington-Dyson, Berry ainda está impressionado com o significado do que as equipes fizeram há 100 anos.
“Foi uma experiência que teve que ser feita e realmente fez a diferença. Se você apenas seguir o desenvolvimento da relatividade e depois da mecânica quântica e as coisas que se seguiram, ”disse Berry, “ nosso mundo moderno depende totalmente de essas coisas terem acontecido ”.
