| «
2. Lo scostamento (2)
era stato dapprima suggerito dal prof. Einstein
nel 1911, essendo la sua congettura basata sul Principio di Equivalenza,
i.e., che un campo gravitazionale è indistinguibile da un campo
spurio di forze prodotte da un’accelerazione nell’asse di riferimento.
Ma a prescindere dalla validità del generale
Principio di Equivalenza ci sono ragioni per pensare che la energia elettromagnetica
di un raggio di luce sia soggetta alla gravitazione, specialmente dopo
che è stato provato che l’energia di radioattività contenuta
nell’uranio è soggetta alla gravitazione.
Nel 1915, pertanto, Einstein ha trovato che
il Principio di Equivalenza richiedeva una modifica della legge di gravitazione
di Newton, e che questa nuova legge conduce
allo scostamento (3).
3. L’unica
opportunità di osservare queste possibili deflessioni è consentita
da un raggio di luce di una stella che passi vicino al Sole
(la massima deflessione di Giove è
solamente di 0”•017). È evidente
che l’osservazione deve essere fatta durante
una eclissi totale di Sole.
Immediatamente dopo la prima congettura di Einstein,
il problema è stato affrontato dal Dr. E. Freundlich, che ha provato
a raccogliere dati da lastre già esistenti di eclissi; ma non è
riuscito ad assicurarsi materiale a sufficienza.
Tentativi erano stati fatti da vari osservatori
per testare gli effetti, ma essi fallirono per le nuvole e altre cause.
Dopo l’apparizione della seconda congettura di Einstein, la spedizione
del Lick Observatory tentò di osservare l’effetto alla eclisse del
1918.
Le conclusioni finali non sono ancora state pubblicate.
Alcune anticipazioni di una discussione preliminare sono state fornite,
ma l’eclisse non era favorevole, e dalle informazioni pubblicate gli errori
accidentali erano grandi, così che l’accuratezza era insufficiente
per discriminare fra le tre alternative. » |
z
« 4.
I risultati delle osservazioni
qui descritti puntano molto decisamente
a favore della terza alternativa, e confermano
la teoria della Relatività Generale di Einstein.
Come è ben noto la teoria è altresì
confermata dal moto del perielio di Mercurio,
il quale eccede il valore Newtoniano di un
valore pari a 43” per secolo – un ammontare
praticamente identico a quello deducibile dalla teoria di Einstein.
D’altra parte, la sua teoria predice uno spostamento
per il rosso delle linee di Fraunhofer
per un ammontare di circa 0,008 Å
nel violetto. Secondo il Dr. St. John
questo scostamento non è confermato. Se questa non corrispondenza
fosse da considerarsi definitiva, necessiterebbero considerevoli modifiche
alla teoria di Einstein, il che è al di fuori del nostro tema di
discussione. Ma, sia che modifiche siano richieste, oppure no, in altre
parti della teoria, appare assodato il fatto che la legge di gravitazione
di Einstein fornisce il vero scostamento dalla legge Newtoniana sia per
il moto relativamente lento del pianeta Mercurio che per quello veloce
della luce.
Appare chiaro che l’effetto
qui riscontrato deve essere attribuito al campo gravitazionale del Sole
e non, per esempio, alla rifrazione della corona.
Se vogliamo avere un effetto da rifrazione della corona pari al valore
osservato, il Sole deve essere circondato da materiale con indice di rifrazione
pari a 1+0,00000414/r, dove r è la distanza dal centro del Sole
in termini di raggi solari.
Alla distanza di un raggio solare dalla superficie
il necessario indice di rifrazione vale 1,00000212,
corrispondente a quello dell’aria a di atmosfera, idrogeno a
di atmosfera, o elio a di atmosfera. Chiaramente densità simili
sono assolutamente fuori questione. »
z
| Preparativi
per la spedizione |
« 5.
Nel marzo 1917 è stato osservato, come risultato
della analisi delle foto scattate con il Greenwich
Astrographic Telescope durante la eclissi
del 1905, che questo strumento era adatto
alla fotografia di stelle che circondano il Sole durante una eclisse totale.
Attenzione è stata posta alla importanza
di osservare la eclisse del 29 maggio 1919,
poiché appariva particolarmente
favorevole a causa dell’inusuale
numero di stelle brillanti nel campo,
cosa che non sarebbe più accaduta per molti anni a venire.
Con condizioni atmosferiche buone come quelle
a Sfax durante la eclisse del 1905 – e non erano del tutto perfette – si
poté affermare con anticipo la visione di dodici stelle.
Le loro posizioni sono indicate nel diagramma
nella prossima pagina, su cui sono anche
tracciate nella stessa scala i bordi della lastra 16 x 16 cm (usata con
i telescopi astronomici di 3,43 metri di lunghezza focale) e quella 10
x 8 pollici (usata con una lente da 4 pollici e di 19 piedi di lunghezza
focale).
Possiamo notare che la No.1 si è persa
nella corona nelle foto scattate a Sobral.
La stella No. 13, di magnitudine 8•0 si vede in alcune esposizioni di Sobral.
»
z |
z
« 6.
La traccia della eclisse
corre dal Nord del Brasile attraverso l’Atlantico, fino alla scarpata della
costa Africana presso Capo Palmas, attraversa
l’isola di Principe, quindi passa sulle coste occidentali del lago Tanganica.
Domande sui luoghi più adatti e sulle probabili
condizioni atmosferiche sono state gentilmente poste da Mr. Hinks.
È apparso che una postazione nel Nord
del Brasile,
l’isola di Principe in Africa,
e un sito a ovest del lago Tanganica
fossero possibili.
Una stazione presso Capo Palmas non è sembrata
desiderabile a causa dei bollettini meteorologici sebbene, e i fatti confermano,
che l’eclisse fu vista in un cielo privo di nubi dal prof. Bauer, che si
trovava là per osservare gli effetti del campo magnetico.
Alla stazione di Tanganica il Sole sarebbe
stato troppo basso in altezza per una osservazione di questo tipo,
a causa dei grandi spostamenti che avrebbero potuto essere causati dalla
rifrazione.
Una circolare ricevuta dal Dr. Morize, il direttore
dell’Osservatorio di Rio, affermava che Sobral
era il sito più adatto nel Nord del Brasile
e forniva copiose informazioni sulle condizioni meteorologiche, sui modi
di accesso ecc .. »
z |
z
I preparativi e le infinite
precauzioni necessarie ...
z |
| « 7.
Agendo sulla base di queste informazioni, il Joint
Permanent Eclipse Committee ad un incontro del 10 novembre 1917 decise,
se possibile, di mandare una spedizione
a Sobral nel Nord del Brasile e una all’isola Principe.
Il Government Grant Committee ha fornito un finanziamento di 100
sterline per gli strumenti e di 1000 sterline per la spedizione,
e un sub-committee formato da Sir F. W. Dyson, prof. Eddington, prof. Fowler
e prof. Turner è stato istituito per provvedere alla spedizione.
Questo sub-committee si è riunito in maggio
e giugno del 1918, e ha provveduto soluzioni provvisorie per il prof. Eddington
e Mr. Cottingham per prelevare le lenti
del telescopio di Oxford e portarle a Principe,
e per Mr. Davidson e Padre Cortie per prelevare
le lenti del telescopio di Greenwich e portarle a Sobral.
Si è provveduto ai motori di inseguimento
affinché fossero revisionati da Mr. Cottingham.
Indagini preliminari sono state fatte sui percorsi
a piedi e sui mezzi di spedizione, dalle quali è emerso molto problematico
decidere se la spedizione avrebbe potuto essere portata a termine.
La situazione è letteralmente cambiata
nel novembre 1918, e in una riunione del sub-committee del giorno 8 novembre
si decise di assemblare gli strumenti a
Greenwich, costruire gli imballi necessari
in tutta fretta, per gli osservatori che stavano partendo dll’Inghilterra
per la fine di febbraio 1919. In aggiunta alle lenti prese dal telescopio
da 16 pollici, Padre Cortie ha suggerito
al sub-committee di usare il telescopio da 4 pollici con 19 piedi di lunghezza
focale, che egli aveva usato a Hernosand, Svezia, nel 1914, assieme allo
strumento da 8 pollici appartenente alla Royal Irish Academy.
Si è deciso di chiedere in prestito questi strumenti. Poiché
Padre Cortie non disponeva del tempo necessario per la spedizione, il suo
posto è stato preso dal Dr. Crommelin del Royal Observatory.
8. Nel
novembre 1918 l’unica forza lavoro disponibile al Royal Observatory era
costituita dal meccanico, il carpentiere
perché non aveva ancora finito il periodo di leva. In questa situazione
Mr. Bowen, l’ingegnere civile presso il Royal Naval College, è stato
consultato. Egli, molto gentilmente, si impegnò per la costruzione
di capanne coperte con tela, che potevano essere facilmente impaccate e
trasportate. Esse erano simili a quelle usate in missioni precedenti dal
Royal Observatory (vedi Monthly Notices, vol. LVII, p.101). Egli inoltre
prese a prestito i servigi di un addetto che aveva lavorato all’Osservatorio
sulla parte in legno degli strumenti.
»
|
| z
I preparativi e le infinite
precauzioni necessarie ...
z |
| « È
stato possibile avere tubi di acciaio per gli obiettivi astronomici.
Questi erano, per comodità di trasporto, fatti di due sezioni che
potevano essere unite assieme. I tubi erano provvisti di due flangie, una
a ciascuna estremità, e l’obiettivo si ancorava ad una di esse,
e la culatta di legno all’altro. Nella culatta erano predisposti comandi
opportuni per la messa a fuoco e per la messa a registro delle lastre fotografiche.
I contenitori delle lastre era di costruzione semplice, e permettevano
di porla a contatto con tre viti regolabili poste sulla culatta che assicuravano
pertanto la costanza del piano focale. Ricevemmo diciotto porta lastre
per ogni telescopio, costruiti secondo istruzioni assegnate.
Padre Cortie, assieme al telescopio da 4 pollici,
ci prestò il tubo quadro di legno da lui usato nel 1914.
Esso era stato modificato nella culatta al fine di assicurare la massima
rigidità e costanza di fuoco.
Erano stati progettati contenitori di protezione
dalla luce capaci di contenere le lastre
10 x 8 pollici, e quattro di essi, contenenti
otto lastre, furono presi a prestito assieme al telescopio. Il desiderio
di usare lastre di maggiore formato è stato preso in considerazione,
ma il tempo a disposizione per fare le necessarie varianti sarebbe stato
insufficiente.
Il telescopio da 16 pollici, revisionato da Mr.
Cottingham, fu montato e provato per quanto consentito dalle sfavorevoli
condizioni del febbraio 1919. il telescopio da 8 pollici era costruito
per quelle latitudini. Per renderlo utilizzabile all’equatore si è
costruito un robusto cuneo sul quale lo strumento era fissato. Lo
specchio da 8 pollici è stato argentato presso l’osservatorio.
A causa della mancanza di mezzi per mantenere la temperatura uniforme intorno
ai 60° F nel clima invernale di febbraio, gli specchi più grandi
sono stati spediti altrove per l’argentatura.
Lastre fotografiche, ben sigillate in scatole
stagne, sono state ricevute dalla Ilford e dalla Imperial Company. Le lastre
Ilford utilizzate erano “Special Rapid & Empress”, e quelle della Imperial
Company “Special Sensitive, Sovereign & Ordinary”.
Gli strumenti sono stati imballati con cura
e mandati a Liverpool con una settimana di anticipo, ad eccezione degli
obiettivi.
Questi erano imballati in contenitori con distanziatori
e sono rimasti sotto la cura personale degli osservatori, che si imbarcarono
sulla “Anselm” il giorno 8 di marzo. » |
L'installazione e la messa
a punto ...
z |
| « 10.
... l’ippodromo del Jockey Club , e fu attrezzato con un grande stand,
che noi trovammo comodissimo per sballare, immagazzinare e per tutto il
lavoro preparatorio. Tracciammo una linea
meridiana, dopo di ciò sostegni
in mattone furono realizzati per il celostato e per il tubo di acciao del
telescopio. Mentre questi lavori procedevano, si stava erigendo la capanna.
La struttura in mattoni del piccolo celostato
fu costruita in modo da avere a disposizione spazio libero al mezzo di
un estremo per la discesa dei pesi, che
stavano sotto al sostegno dei motori da inseguimento.
Continuando il buco sotto la fondazione di mattoni, si ricavò uno
spazio sufficiente per una discesa dei pesi che permettesse un
funzionamento di 25 minuti. Nel caso del
celostato da 16 pollici, il motore fu montato alla estremità di
un lungo tronco di legno, circa 4 piedi in lunghezza, che fu piazzato ad
una estremità,e che penetrava sotto terra ad una profondità
di circa 2 piedi. Il peso discendeva all’interno del tronco direttamente
dal motore, e e aveva uno spazio di corsa continua per oltre mezz’ora.
Il celostato da 16 pollici aveva aggiustamenti
mobili per la latitudine; ma quello
da 8 pollici, costruito per le latitudini europee, fu montato su una base
di legno, inclinata di un angolo di circa 40°, costruita prima di partire
da Greenwich. Il motore è stato
separato dal celostato, montato su una base di legno e rovesciato, per
adattarlo all’Emisfero Meridionale. Ha lavorato in modo molto soddisfacente,
e non si sono riscontrati spostamenti nelle immagini delle stelle [“striciate”]
con 28” di esposizione.
Per provvedere alla variazione di declinazione
del Sole, i mattoni del telescopio sono stati dotati di supporti in alto
sui quali il cuneo di legno poteva scorrere,
permettendo perciò il cambio si azimut.
Il tubo del telescopio era a sezione circolare,
e poteva rimanere fermo in ogni posizione del Vs; per convenienza si è
disposto in modo che la direzione della A.R. e quella della declinazione
fossero parallele alla superficie della lastra fotografica; questo ha necessitato
l’inclinazione del contenitore delle lastre di circa 4° sull’orizzontale.
»
|
L'installazione
e la messa a punto ...
z |
| « Le lenti
da 4 pollici sono state tenute come ausilio; abbiamo usato il
tubo quadrato di legno, 19 piedi in lunghezza,
originariamente utilizzato da Padre Cortie a Hernosand nel 1914, assieme
con il contenitore di lastre da 10 x 8 pollici.
Uno studio sulla posizione delle stelle ha mostrato che sette
di esse potevano essere fotografate ruotando la lastra di 45°.
Il tubo fu piazzato pertanto alla sua inclinazione, sul grande cuneo di
legno preparato per ospitare il tubo; il tutto era appoggiato su un robusto
tavolato di legno.
La messa a fuoco fu inizialmente fatta su Arcturus,
usando un oculare adattato con una lente al cobalto (in seguito il supporto
della lastra e l’obiettivo di vetro sono stati calibrati per la perpendicolarità
all’asse).
Furono fatte una serie di esposizioni, variando
leggermente il fuoco in modo da coprire una zona abbastanza ampia.
L’esame delle foto ha mostrato immediatamente che c’era un serio problema
di astigmatismo legato alla forma dello
specchio a 16 pollici del celostato. Inserendo
uno stop a 8 pollici il problema è stato grandemente ridotto, e
questo stop è stato da allora usato sempre; ma il difetto era di
una tipologia tale che era chiaro che avremmo dovuto permanere a Sobral
e ottenere lastre di confronto del cielo della eclisse in luglio quando
il Sole ne sarebbe stato lontano.
Il fuoco del 4 pollici fu determinato in modo
analogo. Le immagini, sebbene superiori
a quelle dell’altro, non erano del tutto perfette, e anche qui erano richieste
lastre di confronto nel mese di luglio. Una
volta che il fuoco fu deciso, la culatta fu fissata con viti accuratamente
per evitare successivi movimenti.
Un piccolo numero di lastre del campo attorno
ad Arcturus sono state prese, ma non mai utilizzate. » |
z
L'installazione e la messa
a punto ...
z |
| « 12.
Nonostante la generale scarsità di acqua, noi eravamo fortunatamente
situati, e ne abbiamo gustato, presso una illimitata sorgente di buona
acqua posizionata presso la casa. Questo è stato un gran privilegio
durante le operazioni fotografiche. Il ghiaccio era inottenibile, ma l’uso
di ventilatori per l’acqua fu possibile ridurre la temperatura a circa
75° F, e, lavorando solo di notte, o prima dell’alba, lo sviluppo delle
lastra fu relativamente agevole.
Abbiamo usato formalina per irrobustire il
film, e quindi minimizzare effetti di distorsione dovuti all’ammollimento
del film nella soluzione tiepida. Eravamo
provvisti di due tipi di lastre,
ma divenne evidente dalla foto scattate e sviluppate prima della eclisse
che uno di questi tipi era non adatto al
clima torrido, e decidemmo di usare un solo tipo di lastre fotografiche.
Nel riprendere le foto sperimentali abbiamo notato
che i motori e il celostato erano molto
sensibili al vento. Avevamo buoni motivi
per temere le raffiche di vento durante la totalità, così
come era già accaduto durante altre eclissi; e le condizioni del
nostro sito sembravano rendere ciò particolarmente probabile, e
allora schermi protettivi furono eretti
attorno all’apertura della capanna in
ogni punto dove possibile senza interferire col campo di vista. Fortunatamente
una grande calma di vento prevale nei momenti critici. Gli schermi proteggevano
anche le parti sporgenti del tubo telescopico dal Sole diretto.
La prestazione del celostato da 16 pollici
era insoddisfacente nei confronti del motore guida.
C’era una davvero evidente oscillazione nella immagine sullo schermo con
periodo 30 secondi. Per questo motivo le
esposizioni furono accorciate, in modo da moltiplicare il numero delle
esposizioni nella speranza che qualcuna cadesse presso un punto di stazionarietà.
»
|
z
Arriva il giorno fatidico
...
z |
| « 13.
Il mattino della eclisse la giornata era
alquanto nuvolosa rispetto alla media,
e la percentuale di nuvole era stimata attorno a i 9/10 al momento del
primo contatto, quando il Sole sarebbe stato invisibile; esso apparve pochi
secondi più tardi mostrando una piccolissima invasione della Luna,
e ci furono vari brevi intervalli di sereno durante la fase parziale che
ci permisero di posizionare l’immagine del Sole nella corretta posizione
sulla lastra, e di dare una regolazione definitiva alla velocità
dei motori di inseguimento.
Come ci avvicinammo alla totalità, la
percentuale di nubi diminuì, e
una grande spazio pulito raggiunse il Sole attorno a un minuto prima del
secondo contatto.
Avvertimenti furono dati 58s., 22s. e 12s.
prima del secondo contatto osservando
la durata della sparizione della falce sulla lastra.
Quando la falce scomparve fu gridata la parola
“go” e fu fatto
partire un cronometro dal Dr. Leocadio,
che parlava al decimo battito durante la totalità, e i
tempi di esposizione furono registrati sulla base di questi battiti.
Ce ne furono 320
in 310 secondi;
correzioni furono prese per questa velocità nei tempi registrati.
Il programma pianificato si concluse con successo,
19 lastre furono esposte nel telescopio
astrografico con una cadenza di 28 secondi.
La regione attorno al Sole era libera da nuvole,
eccetto che per un intervallo di circa un minuto al centro della totalità
quando ci fu una velatura da parte di una nube tenue, che impedì
la ripresa delle stelle, sebbene la corona più interna rimanesse
visibile alla vista e le lastre esposte in quei momenti mostrano ciò
con grande eccellenza e definizione.
Le lastre rimasero nel loro contenitore fino
allo sviluppo che fu attuato dopo un conveniente spazio di tempo durante
le ore notturne dei giorni successivi,
e si completò il 5 giugno. » |
Si sbaracca, si parte, ma
si ritorna per le lastre di paragone ...
z |
| « 15.
Il 7 di giugno, avendo completato lo sviluppo,
lasciammo Sobral per Fortaleza, ritornano poi il 9 luglio con lo scopo
di assicurare lastre di paragone del campo della eclisse.
Prima della partenza smontammo gli specchi
e i motori di guida che furono portati al riparo in casa per evitare l’esposizione
alla polvere. I
telescopi e il celostato furono lasciati “in situ”.
Prima di rimuovere gli specchi marcammo tal
posizione nelle loro celle così
che potessero essere rimontati esattamente nella stessa posizione.
Dopo il nostro ritorno a Sobral gli specchi
e i motori furono rimontati.
Le foto del campo della eclisse furono iniziate
il mattino dell’11 luglio (tempo civile).
La difficoltà di trovare il campo con
il celostato è stata superata ponendo un ruvido cerchio orario sulla
testa del celostato circondato da carta millimetrata.
17. Il
micrometro del Royal Observatory non è adatto per la comparazione
diretta di lastre di questa misura.
Si è deciso pertanto di misurare
ciascuna lastra piazzando, lato film con lato film, un’altra foto della
stessa zona, rovesciata in quanto scattata attraverso le lenti.
Una foto per questo scopo fu scattata il 18 luglio.
Questa lastra è stata considerata come
intermediaria tra le foto della eclisse e le lastre di paragone ed è
stata assunta come una lastra per tarare la scala, essendo usata semplicemente
come sorgente di punti di riferimento. In
tutti i casi le misure sono state riferite a questa lastra.
»
|
z
Conclusioni generali
z |
| « 39.
Riassumendo i risultati delle due spedizioni, la
importanza maggiore va assegnata a quelli ottenuti col telescopio con lenti
da 4 pollici a Sobral. Dalla superiorità
delle immagini e dal numero più abbondante di esposizioni si è
potuto riconoscere che queste sono quelle che sono più affidabili.
Ancora, la corrispondenza dei risultati derivati indipendentemente da ascensione
retta e declinazione, e l’accordo con i residui delle stelle individuali,
forniscono un più soddisfacente test sui risultati, altrimenti non
possibile con quelli ottenuti dagli altri strumenti.
Queste lastre hanno dato:
per la declinazione
1”,94
per l’ascensione retta
2”,06
il risultato dalla declinazione pesa circa due
volte quello dalla ascensione retta, e pertanto
la media vale 1”,98 ±
0”,12.
Le osservazioni a Principe sono state in generale
disturbate dalle nubi. Le circostanze
sfavorevoli sono state forse in parte compensate dal vantaggio di temperature
estremamente uniformi nell’isola.
La deflessione ottenuta vale 1”,61 ±
0”,30 (così che il risultato
ha molto minor peso del precedente).
Entrambi i risultati tendono al valore di deflessione
di 1”,75 secondo
la teoria della relatività di Einstein,
i risultati di Sobral in modo netto, e quelli di Principe con qualche incertezza.
Rimangono le lastre astrogafiche di Sobral che
danno una deflessione di 0”,93, discordanti di un quantità ben al
di là di eventuali errori accidentali. Per le ragioni già
descritte in dettaglio, poco peso è assegnato a queste misure.
»
|
| Il
grafico di Eddington ... |
z
« Le
evidenze sono riassunte nel seguente diagramma,
che mostra gli scostamenti radiali delle singole stelle (valori medi tra
tutte le esposizioni) rappresentati in funzione del reciproco della distanza
dal centro. Lo scostamento in accordo con la teoria di Einstein
è indicato da una linea spessa azzurra,
quello in accordo con la gravitazione di Newton
con una line punteggiata, e quello dalle
Osservazioni con una linea sottile.
»
z |
 |
|
Le misurazioni di Eddington
sono affidabili ? ....
z |
| La precisione originale tuttavia sembrava
modesta.
Dyson et al. sottolinearono
un ottimistico grado di incertezza nelle loro misure,
che taluni hanno asserito essere stato affetto da errori sistematici e
anche da atteggiamenti di pregiudizio, sebbene moderne rivisitazioni dei
dati suggeriscano che l’analisi di Eddington sia stata accurata(*).
Una considerevole incertezza sulla qualità
delle misure rimase per quasi cinquanta anni, fino a che le osservazioni
non furono fatte a frequenza radio.
Solo negli anni 1960 fu definitivamente mostrato
che l’ammontare della deflessione era esattamente quello previsto dalla
relatività generale, e non la sua metà.
(*) un mio
semplice studio sugli scostamenti dichiarati e la dimensione fisica dell’immagine
mostra che Eddingnton per misurare circa
1 secondo d’arco di deflessione (stella
n°2 e stella n°3) avrebbe dovuto
misurare sulla lastra 0,02 mm su una distanza di parecchi centimetri.
In pratica era richiesta la precisione del
centesimo di mm. «
Una stella distante due raggi dal centro
del disco solare ad esempio, tenuto conto che i telescopi principali avevano
una lunghezza focale di circa 3,5 metri, per effetto della deflessione
avrebbe variato la sua posizione sulla lastra fotografica di appena 0,01
millimetri! »
(l'Astronomia - n° 296)
Addetti ai lavori mi dicono che con microscopio
e slitte micrometriche tale misura appare possibile. Gli scanner moderni
non hanno problemi a distinguere il micron. |
|
z