Ketika langit pagi menggelap di Oregon barat, ketiga alpaka Richard Berry mundur ke gudang mereka. Cahaya siang yang redup dan kerumunan kecil yang berkumpul di pertanian Berry — kawanan orang-orang luar kota dengan kacamata matahari kardus dan drone quadcopter — memberi tekanan pada hewan. Sementara itu, bulan dan matahari sedang melakukan balet langit langka di atas kepala mereka.
Pada 21 Agustus 2017, gerhana matahari total pertama yang menghiasi kedua pantai benua Amerika Serikat dalam 99 tahun sedang berlangsung. Tapi Berry, seorang astronom amatir dan mantan pemimpin redaksi majalah Astronomi, dan sekelompok siswa dari Portland Community College tidak hanya ada di sana untuk menikmati pemandangan. Mereka telah menyiapkan teleskop dan peralatan kamera untuk mengulangi percobaan gerhana paling terkenal sepanjang masa, ujian pertama yang berhasil dari teori relativitas umum Albert Einstein. Hampir seratus tahun sebelum Gerhana Amerika Besar, dua tim astronom berkelana ke pantai yang jauh untuk mengamati gerhana yang akan meyakinkan dunia skeptis bahwa teori gravitasi Isaac Newton salah.
Salah satu konsekuensi dari teori Einstein, yang pertama kali diterbitkan pada tahun 1915, adalah bahwa benda-benda langit yang besar, seperti matahari, menekuk jalinan ruangwaktu di sekitar diri mereka sendiri — itulah cara Einstein menjelaskan tarikan gravitasi. Teori astrofisika ini sangat berbeda dari gagasan gravitasi Newton sebagai gaya tarik menarik yang diberikan oleh semua materi. Menurut Einstein, setiap cahaya yang bergerak di sekitar benda besar ditekuk bersama dengan ruangwaktu. Pada awal abad ke-20, Einstein datang dengan cara untuk menunjukkan teori yang tampaknya tidak masuk akal ini menggunakan gerhana matahari total.
Einstein menjabarkan tantangan sebagai berikut: Memetakan posisi bintang-bintang di sekitar matahari selama totalitas, momen-momen berharga ketika cahaya langsung matahari benar-benar terhalang oleh bulan, memungkinkan bintang-bintang di latar belakang terlihat. Dan, amati bintang yang sama ketika tidak ada gerhana. Jika teorinya secara umum relatif memang benar, akan ada sedikit perbedaan dalam posisi bintang-bintang itu — perubahan yang tidak terlihat oleh mata manusia, tetapi dapat dideteksi melalui pengukuran yang baik.
Pada tahun 1919, astronom Inggris Arthur Eddington dan Frank Dyson mengorganisir ekspedisi ke pulau Principe di lepas pantai barat Afrika dan ke Sobral, Brazil, masing-masing, untuk melihat apakah Einstein benar. Hari yang menentukan adalah 29 Mei. Begitu mereka mempublikasikan hasilnya, dunia tidak akan pernah sama — atau setidaknya, pemahaman kita tentang hal itu.
Arthur Eddington (kiri) dan Frank Dyson (kanan). (Area publik) Pada tahun 2017, Toby Dittrich, seorang profesor fisika di Portland Community College, mengoordinasikan selusin kelompok pengamat termasuk Berry, mengirimkan dua muridnya ke peternakan alpaka dan yang lainnya ke gunung Oregon untuk melihat apakah mereka dapat melakukan setidaknya seperti halnya Eddington dan Dyson.
Kedua upaya harus bersaing dengan tantangan teknis dan cuaca yang berubah-ubah, mengetahui jendela kesempatan untuk mengamati totalitas akan cepat berlalu.
Pada tahun 1919, para astronom memiliki kemewahan berbeda dari totalitas lebih dari lima menit. Pada 2017, fase gerhana total hanya berlangsung sekitar dua menit untuk pemirsa Amerika. Melewati awan atau angin dapat merusak pengamatan di saat-saat berharga itu — bahkan, tutupan awan merusak tes relativitas selama gerhana matahari total AS tahun 1918.
Don Bruns, seorang astronom amatir yang ditempatkan di Casper, Wyoming untuk gerhana 2017 dan berkoordinasi dengan upaya Dittrich, sebagian terinspirasi oleh empat upaya gagal untuk mereplikasi percobaan Eddington-Dyson antara 1936 dan 1954.
"Dengan melakukan ini, saya agak membiarkan para astronom beristirahat dengan tenang, " kata Bruns.
**********
Keahlian Eddington dan Dyson masing-masing membuat mereka sangat cocok untuk tugas mengejar gerhana ini. Dyson adalah Astronomer Royal Inggris dan mengarahkan Royal Observatory di Greenwich. Eddington mengarahkan Cambridge Observatory, dan dia juga membuat nama untuk dirinya sendiri dalam bidang teori untuk menunjukkan bahwa matahari mampu eksis seperti yang kita kenal, daripada runtuh karena beratnya sendiri, karena cahaya itu sendiri memberikan tekanan luar.
Gambar ini menunjukkan spektrum kilat kromosfer matahari, lapisan kedua dari atas atmosfer matahari, selama totalitas 21 Agustus 2017 gerhana di atas Oregon. Gambar menangkap gerhana pada setiap panjang gelombang cahaya yang dipancarkan atom dalam kromosfer. Sebagai contoh, atom hidrogen yang memancarkan cahaya pada panjang gelombang "alpha alpha" menghasilkan warna merah cahaya di sebelah kanan, sedangkan atom kalsium menghasilkan ungu di sebelah kiri. (Richard Berry / Alpaca Meadows Observatory) Upaya Principe, yang ditempatkan pada rencana kakao di bagian barat laut pulau Afrika, dilakukan oleh Eddington dan Edwin Cottingham. Duo ini kebanyakan menggunakan peralatan yang dipinjam dari Oxford Observatory, karena Eddington's Cambridge Observatory sendiri tidak khusus untuk gerhana, menurut buku baru Daniel Kennefick, No Shadow of a Doubt: Gerhana 1919 yang Mengonfirmasi Teori Relativitas Einstein .
Eddington kemungkinan melakukan semua analisis data dari ekspedisinya secara pribadi, meskipun tidak ada catatan yang bertahan yang ia buat selama perjalanannya — bahkan pelat fotografi asli, yang hilang dari waktu ke waktu. Menurut laporan langsung ahli astrofisika Subrahmanyan Chandrasekhar, Dyson mengatakan kepada Cottingham bahwa jika Eddington mengamati jumlah lendutan dua kali lebih besar dari apa yang diprediksi Einstein — hasil aneh yang tidak diantisipasi oleh Einstein maupun kerangka kerja Newton— “Eddington akan menjadi gila, dan Anda akan harus pulang sendiri. "
Sementara itu, Dyson tidak benar-benar meninggalkan Inggris untuk kesempatan itu. Ke Sobral, Brasil, ia mengirim dua anggota stafnya, Charles Davidson dan Andrew Crommelin, dan beberapa peralatan dari observatoriumnya. Ketika mereka kembali, Dyson mengarahkan analisis data tim dan berkolaborasi dengan Eddington pada laporan akhir.
Masing-masing tim 1919 perlu kembali dengan dua bagian penting data yang dikodekan pada pelat kaca. Setidaknya satu piring akan diambil selama totalitas, sementara yang lain dibuat pada malam hari dengan bintang yang sama di langit, tetapi tidak ada matahari dan bulan di latar depan. Bahkan jika ini dilakukan dengan baik, orang yang menganalisis lempeng akan memiliki tantangan nyata.
"Bintang-bintang, tentu saja, tampak seperti lingkaran kecil di piring, " kata Kennefick. “Ternyata perubahan posisi sebenarnya kurang dari ukuran lingkaran. Jadi ini adalah pengukuran yang sangat, sangat bagus untuk dilakukan. Ini pengukuran yang sangat sulit untuk dilakukan. ”
Untungnya, Dyson mencari nafkah dengan melakukan pengamatan semacam ini. Pekerjaan normalnya melibatkan studi yang cermat tentang posisi bintang dan memeriksa perubahan kecil. Dia menggunakan perangkat kecil yang disebut sekrup mikrometer, yang bergerak melintasi piring dari satu titik ke titik berikutnya dan mengukur jarak antara benda-benda.
Mereka beruntung pada hari gerhana 1919 karena matahari berada di dekat gugusan bintang yang sangat terang yang disebut Hyades, yang oleh Eddington disebut "sejauh ini yang paling baik ditemui pada bidang bintang." Kecerahan mereka akan membuat mereka lebih mudah dikenali di piring teleskop. daripada bintang redup, yang bisa hilang dalam silau wilayah luar atmosfer matahari, yang disebut korona. (Plasma super panas ini hanya terlihat oleh mata telanjang selama gerhana matahari total, ketika ia terlihat berkilauan di sekitar matahari yang terhapuskan.)
Sebuah copy-plate dari piring ekspedisi Dyson 1919, dengan tanda-tanda yang diyakini telah dibuat oleh kelompok Dyson. (Institut Niels Bohr, Universitas Kopenhagen) Meskipun percobaan dua cabang terbukti berhasil, keduanya mendekati prediksi Einstein untuk jumlah defleksi, itu bukan tanpa kontroversi. Salah satu dari dua teleskop dalam ekspedisi Sobral menghasilkan lempeng yang tampak meragukan, dengan bintang-bintang yang lebih mirip noda daripada lingkaran. Dyson tampaknya telah membuat panggilan untuk membuang data, dan beberapa sejarawan bertanya-tanya apakah kelompok Eddington-Dyson sangat berharap untuk membuktikan Einstein benar sehingga mereka membuang data yang tidak sesuai dengan tidak benar.
Tapi Kennefick mengatakan itu tidak mungkin Dyson memalsukan hasilnya. Eddington adalah ilmuwan yang secara vokal mendukung prediksi Einstein sebelum percobaan berlangsung, dan ia tidak ada hubungannya dengan melempar lempeng Sobral.
"Jarang sekali benar-benar netral dalam sains atau kehidupan, " tulis Kennefick. "Menghukum Eddington karena jujur dalam mengartikulasikan preferensi-nya hanyalah meminta agar para ilmuwan dengan tidak jujur menekan pandangan mereka."
**********
Einstein kelihatannya tidak terlalu khawatir bahwa teorinya saat itu akhirnya akan diuji. Beberapa bahkan mengatakan bahwa dia puas dengan seluruh cobaan itu, begitu yakin dengan teorinya bahwa dia tidak sedikit pun gugup tentang apa yang akan ditemukan oleh ekspedisi 1919.
"Ilmuwan terkenal berkata kepadanya, 'Saya benar-benar tidak percaya betapa tenangnya Anda tentang ini, '" kata Kennefick. "Mereka seperti, 'Ya Tuhan, ini luar biasa.' Dan dia berkata, 'Ya, saya tahu. "
Foto Albert Einstein tertanggal 1921. (Universal History Archive / UIG via Getty Images) Namun terlepas dari kurangnya keraguan Einstein, dia ingin eksperimen itu dilakukan. Pada awal 1911 ia telah menulis kepada para astronom lain untuk menanyakan apakah mereka dapat melakukan eksperimen gerhana semacam ini, dan ia secara aktif mengumpulkan uang untuk tujuan tersebut. Dia membiayai ekspedisi astronom Jerman Erwin Freundlich ke Crimea pada tahun 1914 untuk melakukan pengamatan gerhana yang akhirnya dibuat Eddington, tetapi perjalanan Freundlich mengalami nasib buruk. Archduke Franz Ferdinand dibunuh ketika Freundlich melintasi Rusia, Perang Dunia I pecah, dan astronom itu ditangkap oleh pasukan Tsar, peralatannya disita.
**********
Fisikawan dan filsuf Ilse Rosenthal-Schneider diduga bersama Einstein tepat setelah ia menerima telegram pada bulan September 1919 dengan berita bahwa eksperimen Eddington-Dyson mengkonfirmasi ramalannya. Dia menulis bahwa Einstein tampak bahagia tetapi tidak gembira, dan kurangnya antusiasme mengejutkannya.
“Jadi, dia berkata, 'Nah, apa yang akan kamu katakan jika teorinya menemukanmu? Apakah Anda akan kecewa, dalam acara itu? '"Kata Kennefick. "Dan [Einstein] tersenyum dan berkata, 'Kalau begitu aku akan menyesal untuk tuan yang terhormat, karena teorinya benar.'"
Hasilnya secara resmi dipresentasikan pada pertemuan Royal Society di London pada 6 November 1919, yang mendorong Einstein meraih ketenaran dunia. Menurut kisah matematikawan Alfred North Whitehead: “Seluruh suasana yang menarik adalah persis seperti drama Yunani: Kami adalah paduan suara yang mengomentari dekrit takdir sebagaimana diungkapkan dalam pengembangan insiden tertinggi. Ada kualitas dramatis dalam pementasan yang sangat - upacara tradisional, dan di latar belakang gambar Newton untuk mengingatkan kita bahwa generalisasi upacara terbesar sekarang, setelah lebih dari dua abad, untuk menerima modifikasi pertama. "
Pandangan ini, dibuat dari 23 gambar yang ditumpuk, menunjukkan 42 bintang, dilingkari dengan warna kuning, mengelilingi matahari selama totalitas. Wajah bulan terlihat karena "sinar bumi" - sinar matahari yang dipantulkan oleh Bumi - lalu memantul ke bulan. Cincin besar menunjukkan korona ditangkap pada berbagai waktu pemaparan. (Richard Berry / Alpaca Meadows Observatory) Namun, ada gerhana matahari lain pada tahun 1922, yang memberi orang lain kesempatan untuk menguatkan hasil Eddington dan Dyson. Namun secara alami, pada tahun 1919, para astronom ”bersemangat. Mereka bahagia. Mereka diberi energi. Tetapi mereka menghargai [mereka bisa] memeriksanya dalam tiga tahun, ”kata Kennefick. "Tidak ada gunanya menaruh sampanye di atas es selama tiga tahun."
Untuk gerhana 1922 itu, sebuah kelompok dari California's Lick Observatory melakukan percobaan lanjutan dan mendapatkan hasil yang selaras dengan Eddington dan Dyson, tetapi pada saat itu, Einstein sudah dirayakan dengan baik. (Dyson juga mencoba mengulang percobaan, tetapi pandangannya kabur.)
**********
Tidak ada upaya profesional yang mencoba meniru percobaan Eddington-Dyson sejak 1973, karena gerhana tidak lagi diperlukan untuk mengukur defleksi cahaya matahari yang diprediksi Einstein. Teleskop radio, misalnya, memungkinkan para ilmuwan di tahun 1970-an mengamati matahari yang membengkokkan cahaya dari quasar — inti galaksi super-terang, masing-masing terdiri dari lubang hitam raksasa yang dikelilingi oleh piringan yang memancarkan energi dalam jumlah besar — pada siang hari tanpa bantuan dari gerhana.
Sebagian besar dari selusin kelompok amatir yang dikoordinir Dittrich pada 2017 untuk mengulangi versi awal abad ke-20 dari percobaan gerhana mempelajari betapa banyak cara percobaan tunggal dapat gagal. Di sepuluh lokasi, peserta mengalami masalah dengan peralatan mereka, seperti catu daya dan paparan berlebih, atau turbulensi atmosfer, dan mereka tidak mendapatkan data yang dapat digunakan. Satu kelompok tanpa sengaja menendang tripod teleskop pada saat yang kritis. Kesalahan ini menggarisbawahi betapa beruntungnya kedua ekspedisi 1919 dapat menangkap bintang yang dapat digunakan selama totalitas sama sekali.
Berry dan mahasiswa Portland Community College yang bekerja dengannya adalah salah satu dari dua kelompok sukses dalam kolaborasi 12-situs. Dan kemudian ada Don Bruns, astronom amatir yang siap beraksi di Casper, Wyoming. Dia telah mempersiapkan lebih dari satu tahun untuk pengamatannya, dan dia telah berlatih berulang kali untuk menit-menit penting totalitas itu. Dia "sangat sukses" dengan pengamatannya, kata Dittrich.
Para astronom amatir bersiap untuk mengamati gerhana matahari total 2017. Kiri ke kanan: Abraham Salazar (mahasiswa), Jacob Sharkansky (mahasiswa), Richard Berry (astronom amatir), Steve Pinkston (mahasiswa) dan Toby Dittrich (profesor). (Atas perkenan Richard Berry) Data dari ekspedisi Eddington Principe diterjemahkan ke dalam defleksi ringan 1, 6 arsecond — pengukuran sudut jarak di langit — sementara pelat dari kru Dyson di Sobral menyarankan 1, 98 arcseconds dan margin ketidakpastian sekitar 30 persen. Pada tahun 2017, Bruns, seorang fisikawan optik pensiunan, mengambil gambar yang diterjemahkan ke dalam angka persis yang diprediksi Einstein — lendutan 1, 7512 detik busur — dengan ketidakpastian, terkait dengan turbulensi atmosfer, hanya 3 persen.
Untuk karyanya dalam upaya ini, Bruns memenangkan Penghargaan Prestasi Amatir Masyarakat Astronomi Masyarakat Amerika. Dia hasilnya diterbitkan dalam jurnal Classical and Quantum Gravity.
Berry, Bruns, dan Dittrich sudah menanti-nantikan tahun 2024, waktu berikutnya gerhana matahari total akan membawa keajaiban totalitas ke Amerika Serikat, berjalan secara diagonal dari Texas ke Maine. Dittrich mengatakan bahwa kelompok tersebut ingin merencanakan upaya yang lebih besar untuk mengulangi percobaan, dengan hasil yang bahkan mungkin lebih akurat daripada yang diperoleh Bruns pada 2017 jika mereka dapat mengurangi ketidakpastian akibat turbulensi udara.
Melihat kembali pada eksperimen Eddington-Dyson, Berry masih kagum dengan signifikansi dari apa yang dilakukan tim 100 tahun lalu.
“Itu adalah eksperimen yang harus dilakukan, dan itu benar-benar membuat perbedaan. Jika Anda hanya mengikuti perkembangan relativitas dan kemudian mekanika kuantum dan hal-hal yang mengikutinya, "kata Berry, " dunia modern kita sepenuhnya bergantung pada hal-hal yang telah terjadi. "
