Começa Com Um Estrondo

O eclipse de costa a costa anterior da América quase provou que Einstein estava certo

Um total de 66 imagens tiradas durante o eclipse solar de 2008 foram empilhadas e combinadas para revelar a presença de 137 estrelas, visíveis durante os poucos minutos da totalidade. Apenas um número muito pequeno de estrelas será visível sem o auxílio de binóculos, telescópio ou fotografia. Crédito da imagem: Hana Druckmullerova, Observatório Ušpice e Miloslav Druckmuller.

99 anos atrás, a Relatividade Geral ainda não era comprovada. Durante o eclipse de 1918, uma pequena equipe de americanos quase mudou isso.

Os astrônomos ficam muito desapontados quando, tendo viajado meio mundo para ver um eclipse, as nuvens impedem sua visão; e, no entanto, uma sensação de alívio acompanha a decepção. – Simon Newcomb

O objeto mais massivo em nosso Sistema Solar é o Sol; o maior objeto nos céus da Terra é a Lua. Quando ocorre a configuração celestial correta, a sombra projetada pela Lua cai na superfície da Terra, criando um eclipse solar total. Durante os momentos de totalidade, os céus escurecem, a coroa do Sol se torna visível e as estrelas até aparecem durante o dia. Mesmo antes do advento da tecnologia moderna e da astronomia de múltiplos comprimentos de onda, era a única oportunidade de medir estrelas perto do Sol e testar se o espaço, como Einstein previu, era realmente curvo pela massa. 1918 foi a última vez que um eclipse de costa a costa aconteceu nos Estados Unidos, e foi quase a primeira prova definitiva da maior teoria de todas de Einstein.

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Um eclipse solar total é uma das vistas mais espetaculares da Terra, e que iludiu os Estados Unidos continentais por quase um século. Devido às órbitas elípticas e inclinadas do Sol, da Lua e da Terra, os alinhamentos onde a sombra da Lua passa pela superfície da Terra são raros, ocorrendo apenas aproximadamente uma vez por ano. Por causa de quão maior a Terra é do que a Lua e quão distante a Lua está, um eclipse solar total ocorre apenas em uma faixa estreita da Terra em um determinado momento. Em 21 de agosto de 2017, o Grande Eclipse Americano ocorrerá , com um caminho de totalidade cortando da costa do Oregon até a extremidade da Carolina do Sul, lançando escuridão sobre 14 estados . Embora eclipses semelhantes se repitam em ciclos, os 48 estados inferiores não viram um eclipse solar total de costa a costa desde 1918, o que quase confirmou a maior teoria de Einstein para o mundo inteiro.

Crédito da imagem: Mir / RSA, 1999, da sombra da Lua caindo na Terra, durante um eclipse solar total visto do espaço.

Em 1915, Einstein apresentou o ponto culminante de uma década de trabalho: a teoria geral da relatividade. Em vez da teoria da gravidade de Newton, onde objetos massivos à distância exerciam uma força invisível e instantânea uns sobre os outros, Einstein previu que a presença de matéria e energia curvaria o próprio tecido do espaço-tempo, e o que percebemos como gravidade era apenas matéria. e energia seguindo o caminho desse espaço curvo. Esta não era simplesmente uma maneira diferente de olhar para o mesmo fenômeno, mas uma nova teoria que deu origem a um conjunto diferente de previsões para a órbita de Mercúrio, buracos negros, um Universo em expansão e – talvez o mais espetacular – a curvatura da luz das estrelas.

Lente gravitacional no aglomerado de galáxias Abell S1063, mostrando a curvatura da luz das estrelas pela presença de matéria e energia. Crédito da imagem: NASA, ESA e J. Lotz (STScI)

Embora a tecnologia moderna como o Telescópio Espacial Hubble tenha revelado centenas dessas lentes gravitacionais, nada comparável existia no início do século 20. Em vez disso, um substituto inteligente foi inventado pelos astrofísicos da época: como as posições das estrelas eram muito conhecidas, era possível observar estrelas próximas ao Sol durante o dia, onde a gravidade do Sol atrairia esses raios de luz. Uma vez que a teoria de Einstein e a teoria de Newton deram previsões diferentes de quanta luz seria dobrada por essa força gravitacional extra - com Einstein prevendo o dobro da quantidade newtoniana - simplesmente comparar observações durante o dia com aquelas tiradas dessas mesmas estrelas à noite permitiria provar se Einstein ou Newton estava certo.

Crédito da imagem: NASA / Cosmic Times / Goddard Space Flight Center, Jim Lochner e Barbara Mattson, via http://cosmictimes.gsfc.nasa.gov/online_edition/1919Cosmic/theory_pred.html.

Claro, você não pode ver estrelas durante o dia normalmente, já que o Sol é muito brilhante. Mas durante um eclipse total do Sol, a luz do Sol é bloqueada da Terra, mergulhando o dia na escuridão e – para muitos observadores ao longo do caminho da totalidade – revelando estrelas durante o dia. Einstein apresentou sua teoria no final de 1915, e o próximo eclipse solar total ocorreu apenas alguns meses depois, em 3 de fevereiro de 1916. Não havia tempo para organizar uma expedição em tão pouco tempo, principalmente com a Primeira Guerra Mundial em pleno andamento. Mas o próximo eclipse ocorreria em 8 de junho de 1918 e seria a primeira chance que a humanidade teria de testar a teoria de Einstein contra a de Newton diretamente. Em uma época em que os europeus, não os americanos, eram os líderes mundiais em ciência e tecnologia, isso teria sido um grande golpe para a comunidade científica.

O caminho do eclipse solar total de 1918. Crédito da imagem: Eclipse Predictions por Fred Espenak, GSFC da NASA.

As órbitas relativas do Sol, da Lua e da Terra eram conhecidas com tanta precisão há tanto tempo que as previsões para os horários e locais dos eclipses eram conhecidas com precisão de segundos e melhor do que um único quilômetro. Uma equipe de físicos foi enviada pelo Observatório Naval dos EUA para observar o eclipse onde sua duração (sobre a terra) seria maior: em Baker City, no Oregon. O líder da expedição foi John C. Hammond, enquanto o físico principal foi Samuel Alfred Mitchell , um especialista em eclipses solares que os observava (e fotografava!) sob os auspícios do Observatório Naval dos EUA desde 1900. Na verdade, fotografias de eclipses solares totais que datam de tão longe mostram estrelas reveladas durante o dia!

Crédito da imagem: Chabot Space & Science Center do eclipse de 1900, via http://science.kqed.org/quest/2011/10/21/seeing-relativity-no-bungees-attached/.

A equipe também incluiu o físico e o artista Howard Russel Butler , que foi encarregado de pintar o eclipse solar. Enquanto a Lua se movia lentamente pelo disco do Sol, um céu quase sem nuvens anunciava grande empolgação para a equipe, já que muitas estrelas próximas ao Sol seriam visíveis nessas condições. Mas a duração da escuridão do eclipse duraria apenas dois minutos e, com a aproximação da totalidade, nuvens finas começaram a cobrir o Sol pouco antes dos momentos críticos em que o céu escureceu. Por cerca de 15 minutos, incluindo toda a totalidade, o Sol foi eclipsado não apenas pela Lua, mas também pelas nuvens. Menos de cinco minutos depois que terminou, a área ao redor do Sol estava completamente limpa novamente. Embora Butler tenha criado uma pintura incrível, revelando muitas características da coroa do Sol através das nuvens, nenhuma estrela foi observada e a teoria de Einstein não foi testada.

Impressão da pintura do eclipse por Howard Russell Butler, 1918.

O próximo eclipse solar total, em 1919, foi observado por duas equipes lideradas por Arthur Eddington: uma na América do Sul e outra na África. Ao combinar dados de ambas as equipes, várias estrelas não apenas foram observadas com sucesso, mas também foram desviadas pela gravidade do Sol em uma quantidade de acordo com as previsões de Einstein. não de Newton. Os eclipses continuaram a ocorrer em todo o mundo, revelando muitas outras oportunidades para ver estrelas durante o dia e – se alguém quisesse – para confirmar novamente a relatividade de Einstein.

Placas fotográficas negativas e positivas reais da Expedição Eddington de 1919, via http://www.sciencebuzz.org/buzz-tags/eddington-expedition.

Enquanto isso, os Estados Unidos continentais não veriam outro eclipse até os dias atuais, uma sequência que finalmente chegará ao fim no próximo ano: em 21 de agosto de 2017. Mas se você ficar nublado desta vez, não se desespere. Totality retorna aos Estados Unidos em 2024 e novamente em 2045 e 2052. Embora hotéis, acampamentos e locais para eventos especiais já estejam lotados, não há nada que impeça você de seguir o caminho da totalidade na noite anterior. Faça as malas em seu carro, traga muita água (e um pouco de comida) e, quando a totalidade chegar, procure a coroa e as estrelas do Sol durante os momentos-chave.

Crédito das imagens: New York Times, 10 de novembro de 1919 (L); Illustrated London News, 22 de novembro de 1919 (R). Se a situação da nuvem tivesse sido diferente, os Estados Unidos poderiam ter confirmado isso um ano antes.

Apenas talvez, quando você vir essas estrelas aparecerem, saiba que você está vendo um pedaço da história que iludiu alguns dos maiores cientistas do país há 99 anos. O que você verá não é apenas uma visão espetacular, mas uma janela para a teoria da física mais brilhante de todos os tempos.