Cuando el cielo de la mañana se oscureció sobre el oeste de Oregón, las tres alpacas de Richard Berry se retiraron a su granero. La tenue luz del día y la pequeña multitud que se había reunido en la granja de Berry (bandadas de forasteros con gafas solares de cartón y drones quadcopter) estresaron a los animales. Mientras tanto, la luna y el sol realizaban un raro ballet celestial sobre sus cabezas.
El 21 de agosto de 2017, el primer eclipse solar total para honrar ambas costas de los Estados Unidos continentales en 99 años estaba en marcha. Pero Berry, un astrónomo aficionado y ex editor en jefe de la revista Astronomy, y un grupo de estudiantes de Portland Community College no solo estaban allí para disfrutar de la vista. Habían preparado sus telescopios y equipos de cámara para repetir el experimento de eclipse más famoso de todos los tiempos, la primera prueba exitosa de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Casi cien años antes del Gran Eclipse Americano, dos equipos de astrónomos se aventuraron a costas distantes para observar un eclipse que convencería a un mundo escéptico de que las teorías de la gravedad de Isaac Newton estaban equivocadas.
Una consecuencia de la teoría de Einstein, publicada por primera vez en 1915, es que los objetos celestes masivos, como el sol, doblan el tejido del espacio-tiempo a su alrededor, y así es como Einstein explicó la atracción de la gravedad. Esta teoría de la astrofísica es muy diferente de la idea de la gravedad de Newton como una fuerza atractiva ejercida por toda la materia. Según Einstein, cualquier luz que viaje cerca de un objeto masivo se dobla junto con el espacio-tiempo. A principios del siglo XX, Einstein ideó una forma de demostrar esta teoría aparentemente absurda utilizando un eclipse solar total.
Einstein expuso el desafío de la siguiente manera: traza las posiciones de las estrellas alrededor del sol durante la totalidad, esos preciosos momentos en que la luz directa del sol está totalmente bloqueada por la luna, permitiendo que se vean las estrellas en el fondo. Y, observe las mismas estrellas cuando no hay eclipse. Si su teoría de la generalidad fuera relativamente correcta, habría una ligera diferencia en las posiciones de esas estrellas, un cambio invisible para el ojo humano, pero detectable a través de mediciones precisas.
En 1919, los astrónomos ingleses Arthur Eddington y Frank Dyson organizaron expediciones a la isla de Príncipe frente a la costa oeste de África y a Sobral, Brasil, respectivamente, para ver si Einstein tenía razón. El fatídico día fue el 29 de mayo. Una vez que publicaran sus resultados, el mundo nunca sería el mismo, o al menos, nuestra comprensión de ello.
Arthur Eddington (izquierda) y Frank Dyson (derecha). (Dominio publico) En 2017, Toby Dittrich, profesor de física en Portland Community College, coordinó una docena de grupos de observación, incluido Berry's, enviando a dos de sus estudiantes a la granja de alpacas y otros a una montaña de Oregon para ver si podían hacerlo al menos tan bien como Eddington y Dyson
Ambos esfuerzos tuvieron que enfrentar desafíos técnicos y la inconstancia del clima, sabiendo que la ventana de oportunidad para observar la totalidad sería fugaz.
En 1919, los astrónomos tuvieron el lujo distintivo de más de cinco minutos de totalidad. En 2017, la fase de eclipse total duró solo unos dos minutos para los espectadores estadounidenses. El paso de nubes o viento podría arruinar las observaciones en esos preciosos momentos; de hecho, la cubierta de nubes arruinó una prueba de relatividad durante el eclipse solar total de EE. UU. De 1918.
Don Bruns, un astrónomo aficionado estacionado en Casper, Wyoming para el eclipse de 2017 y coordinado con el esfuerzo de Dittrich, se inspiró en parte en cuatro intentos fallidos de replicar el experimento Eddington-Dyson entre 1936 y 1954.
"Al hacer esto, dejo que los astrónomos descansen en paz", dice Bruns.
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La experiencia respectiva de Eddington y Dyson los hizo muy adecuados para esta tarea de persecución de eclipses. Dyson fue el Astrónomo Real de Inglaterra y dirigió el Observatorio Real en Greenwich. Eddington dirigió el Observatorio de Cambridge, y también se hizo un nombre en el ámbito de la teoría para demostrar que el sol puede existir tal como lo conocemos, en lugar de colapsar por su propio peso, porque la luz ejerce una presión externa.
Esta imagen muestra el espectro de destello de la cromosfera del sol, la segunda capa superior de la atmósfera del sol, durante la totalidad del eclipse del 21 de agosto de 2017 sobre Oregon. La imagen captura el eclipse en cada longitud de onda de luz que emiten los átomos en la cromosfera. Por ejemplo, los átomos de hidrógeno que emiten luz en la longitud de onda de "hidrógeno alfa" producen un color rojo de luz a la derecha, mientras que los átomos de calcio producen el púrpura a la izquierda. (Observatorio Richard Berry / Alpaca Meadows) El esfuerzo de Principe, estacionado en una plantación de cacao en la parte noroeste de la isla africana, fue llevado a cabo por Eddington y Edwin Cottingham. El dúo usó principalmente equipo prestado del Observatorio de Oxford, ya que el propio Observatorio de Cambridge de Eddington no estaba especializado en eclipses, según el nuevo libro de Daniel Kennefick, No Shadow of a Doubt: The 1919 Eclipse That Confirmed Eorytein Theory of Relativity .
Eddington probablemente hizo todos los análisis de datos de su expedición personalmente, aunque no sobrevive ningún registro que hizo durante su viaje, ni siquiera las placas fotográficas originales, que han desaparecido con el tiempo. Según el relato de primera mano del astrofísico Subrahmanyan Chandrasekhar, Dyson le dijo a Cottingham que si Eddington observaba una cantidad de desviación dos veces mayor de lo que Einstein predijo, un resultado extraño que ni Einstein ni el marco de Newton anticiparían: "Eddington se volverá loco, y usted se volverá loco". tengo que volver a casa solo ".
Mientras tanto, Dyson no salió de Inglaterra para la ocasión. A Sobral, Brasil, envió a dos miembros de su personal, Charles Davidson y Andrew Crommelin, y algunos equipos de su observatorio. Cuando regresaron, Dyson dirigió el análisis de los datos del equipo y colaboró con Eddington en el informe final.
Cada uno de los equipos de 1919 necesitaba regresar con dos datos críticos codificados en placas de vidrio. Se tomaría al menos un plato durante la totalidad, mientras que el otro se hizo de noche con las mismas estrellas en el cielo, pero sin sol y luna en primer plano. Incluso si esto se hiciera bien, la persona que analiza las placas tendría un verdadero desafío.
"Las estrellas, por supuesto, parecían pequeños círculos en los platos", dice Kennefick. “Resulta que el cambio en la posición es en realidad menor que el tamaño del círculo. Por lo tanto, es una medida muy, muy buena para hacer. Es una medida muy difícil de hacer ".
Afortunadamente, Dyson se ganaba la vida haciendo este tipo de observaciones. Su trabajo normal implicó estudios cuidadosos de posiciones estelares y el examen de pequeños cambios. Utilizó un pequeño dispositivo llamado tornillo micrométrico, que se movía a través de la placa de un punto al siguiente y medía la distancia entre los objetos.
Tuvieron suerte el día del eclipse de 1919 porque el sol estaba cerca de un grupo de estrellas muy brillantes llamadas Hyades, que Eddington llamó "de lejos el mejor campo estelar encontrado". Su brillo los haría más fáciles de detectar en una placa telescópica que las estrellas más débiles, que podrían perderse en el resplandor de la región exterior de la atmósfera del sol, llamada corona. (Este plasma sobrecalentado solo es visible a simple vista durante un eclipse solar total, cuando parece brillar alrededor del sol borrado).
Una copia de la placa de expedición de Dyson de 1919, con marcas que se cree que fueron hechas por el grupo de Dyson. (Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague) Aunque el experimento en dos frentes demostró ser exitoso, ya que ambos se acercaron a la predicción de Einstein sobre la cantidad de desviación, no estuvo exento de controversia. Uno de los dos telescopios de la expedición Sobral produjo placas de aspecto dudoso, con estrellas que parecían más manchas que círculos. Dyson parece haber hecho el llamado para descartar los datos, y algunos historiadores se preguntan si el grupo Eddington-Dyson tenía tantas esperanzas de probar que Einstein tenía razón que arrojaron incorrectamente datos que no estaban de acuerdo.
Pero Kennefick dice que es poco probable que Dyson haya falsificado los resultados. Eddington fue el científico que apoyó vocalmente las predicciones de Einstein antes de que se llevara a cabo el experimento, y no tuvo nada que ver con arrojar placas Sobral.
"Es raro ser completamente neutral en la ciencia o la vida", escribe Kennefick. "Castigar a Eddington por ser honesto al articular sus preferencias es simplemente pedir que los científicos repriman deshonestamente sus puntos de vista".
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Einstein no parecía demasiado preocupado de que su teoría de nicho en ese momento finalmente se pusiera a prueba. Algunos incluso han sugerido que estaba satisfecho de toda la prueba, tan seguro de su teoría de que no estaba ni un poco nervioso por lo que encontrarían las expediciones de 1919.
"Científicos famosos le dijeron: 'No puedo creer lo tranquilo que estabas sobre esto'", dice Kennefick. "Dijeron: 'Dios mío, esto es increíble'. Y él decía: "Sí, lo sabía".
Fotografía de Albert Einstein de 1921. (Archivo de Historia Universal / UIG a través de Getty Images) Pero a pesar de la falta de dudas de Einstein, quería que se llevara a cabo el experimento. Ya en 1911 había escrito a otros astrónomos preguntándoles si podían hacer este tipo de experimento de eclipse, y recaudó dinero activamente para la causa. Financió la expedición del astrónomo alemán Erwin Freundlich a Crimea en 1914 para hacer las observaciones del eclipse que Eddington eventualmente haría, pero el viaje de Freundlich sufrió un destino malo. El archiduque Franz Ferdinand fue asesinado mientras Freundlich cruzaba Rusia, estalló la Primera Guerra Mundial, y el astrónomo fue arrestado por los hombres del zar, su equipo confiscado.
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El físico y filósofo Ilse Rosenthal-Schneider supuestamente estaba con Einstein justo después de recibir un telegrama en septiembre de 1919 con la noticia de que el experimento Eddington-Dyson confirmó sus predicciones. Ella escribió que Einstein parecía feliz pero no extasiado, y su falta de entusiasmo la sorprendió.
“Entonces, ella dijo: 'Bueno, ¿qué hubieras dicho si la teoría hubiera encontrado en tu contra? ¿Te habrías decepcionado en ese caso? '”, Dice Kennefick. "Y [Einstein] sonrió y dijo: 'Bueno, entonces habría lamentado al querido señor, porque la teoría es correcta'".
Los resultados se presentaron formalmente en la reunión de la Royal Society en Londres el 6 de noviembre de 1919, impulsando a Einstein a la fama mundial. Según el relato del matemático Alfred North Whitehead: “Toda la atmósfera de tenso interés era exactamente la del drama griego: fuimos el coro comentando el decreto del destino que se revela en el desarrollo de un incidente supremo. Había una calidad dramática en la puesta en escena: el ceremonial tradicional y, en el fondo, la imagen de Newton para recordarnos que la mayor de las generalizaciones ceremoniales era ahora, después de más de dos siglos, recibir su primera modificación ".
Esta vista, hecha de 23 imágenes individuales apiladas, muestra 42 estrellas, rodeadas de amarillo, alrededor del sol durante la totalidad. La cara de la luna es visible debido al "brillo de la tierra", la luz del sol reflejada por la Tierra, y luego rebota en la luna. Los anillos grandes muestran la corona capturada en varios tiempos de exposición. (Observatorio Richard Berry / Alpaca Meadows) Hubo, sin embargo, otro eclipse solar en 1922, dando a otros la oportunidad de corroborar los resultados de Eddington y Dyson. Pero, naturalmente, en 1919, los astrónomos "se entusiasmaron". Ellos eran felices. Estaban energizados. Pero apreciaron [podrían] comprobarlo en tres años ”, dice Kennefick. "No tiene sentido poner el champán en hielo durante tres años".
Para ese eclipse de 1922, un grupo del Observatorio Lick de California hizo un experimento de seguimiento y obtuvo resultados que se alinearon estrechamente con los de Eddington y Dyson, pero para entonces, Einstein ya estaba bien celebrado. (Dyson también intentó repetir el experimento, pero su visión se nubló).
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Ningún esfuerzo profesional ha intentado replicar el experimento Eddington-Dyson desde 1973, ya que los eclipses ya no son necesarios para medir la desviación de la luz solar que predijo Einstein. Los radiotelescopios, por ejemplo, permitieron a los científicos en la década de 1970 observar la luz del sol que doblaba los quásares (núcleos galácticos súper brillantes, cada uno de los cuales consistía en un agujero negro gigante rodeado por un disco que emite enormes cantidades de energía) durante el día sin la ayuda. de un eclipse.
La mayoría de la docena de grupos de aficionados que Dittrich coordinó en 2017 para repetir la versión de principios del siglo XX del experimento del eclipse aprendió cuántas maneras puede fallar una sola ejecución de un experimento. En diez de los sitios, los participantes tuvieron problemas con sus equipos, como el suministro de energía y la sobreexposición, o la turbulencia atmosférica, y no obtuvieron datos utilizables. Un grupo pateó accidentalmente el trípode del telescopio en un momento crítico. Estos errores subrayan cuán afortunados fueron ambas expediciones de 1919 de haber capturado cualquier estrella utilizable durante la totalidad.
Berry y los estudiantes de Portland Community College que trabajaron con él fueron uno de los dos grupos exitosos en la colaboración de 12 sitios. Y luego estaba Don Bruns, ese astrónomo aficionado listo para la acción en Casper, Wyoming. Se había estado preparando durante más de un año para sus observaciones, y había practicado una y otra vez durante esos minutos cruciales de totalidad. Fue "espectacularmente exitoso" con sus observaciones, dice Dittrich.
Astrónomos aficionados que se preparan para observar el eclipse solar total de 2017. De izquierda a derecha: Abraham Salazar (estudiante), Jacob Sharkansky (estudiante), Richard Berry (astrónomo aficionado), Steve Pinkston (estudiante) y Toby Dittrich (profesor). (Cortesía de Richard Berry) Los datos de la expedición Príncipe de Eddington se tradujeron en una desviación ligera de 1.6 segundos, una medida angular de la distancia a través del cielo, mientras que las placas de la tripulación de Dyson en Sobral sugirieron 1.98 segundos de arco y un margen de incertidumbre de alrededor del 30 por ciento. En 2017, Bruns, un físico óptico retirado, tomó imágenes que se traducían exactamente al número que Einstein predeciría, una desviación de 1.7512 segundos de arco, con una incertidumbre, relacionada con la turbulencia atmosférica, de solo el 3 por ciento.
Por su trabajo en este esfuerzo, Bruns ganó el Premio Chambliss Amateur Achievement de la American Astronomical Society. Sus resultados fueron publicados en la revista Classical and Quantum Gravity.
Berry, Bruns y Dittrich ya esperan con ansias el año 2024, la próxima vez que un eclipse solar total traiga la magia de la totalidad a los Estados Unidos, corriendo en diagonal desde Texas hasta Maine. Dittrich dice que el grupo quiere planificar un esfuerzo mayor para repetir el experimento, posiblemente con resultados aún más precisos que los que Bruns obtuvo en 2017 si pueden reducir la incertidumbre debido a la turbulencia del aire.
Mirando hacia atrás en el experimento Eddington-Dyson, Berry todavía está impresionado por la importancia de lo que hicieron los equipos hace 100 años.
“Fue un experimento que tuvo que hacerse, y realmente, realmente marcó la diferencia. Si solo sigue el desarrollo de la relatividad y luego la mecánica cuántica y las cosas que siguieron ", dijo Berry, " nuestro mundo moderno depende totalmente de que estas cosas hayan sucedido ".
