L’effetto di deflessione della luce delle stelle accanto al Sole previsto dalla Relatività di Einstein, illustrato nello scenario delle spedizioni del 1919, all’Isola di Principe e a Sobral. Fonte: Illustrated London News, 22 novembre 1919
“Attraverso le nubi, speranzoso”. Questo il contenuto del laconico telegramma ricevuto a Londra nel giugno del 1919 dai soci della Royal Astronomical Society: proveniva dall’isola di Principe, nel golfo di Guinea. A inviarlo era sir Arthur Eddington, il carismatico direttore dell’osservatorio di Cambridge. Poche parole con cui riferiva – con tipico aplomb inglese – sull’andamento della missione che lo aveva spinto fino in Africa.
Cosa sperava di osservare, Eddington, fra le nubi? L’eclisse totale di Sole del 29 maggio 1919: uno dei fenomeni più sconvolgenti che il cielo diurno ci possa regalare, la temporanea scomparsa del Sole, completamente occultato dalla Luna. Lo stesso obiettivo di un’altra spedizione, partita sempre dall’Inghilterra al seguito dell’astronomo Andrew Crommelin dell’osservatorio di Greenwich e diretta a Sobral, in Brasile. Ma cos’aveva di speciale quell’eclisse, tanto da convincere gli astronomi a organizzare ben due complesse spedizioni scientifiche in terre lontane? A loro non interessava il Sole, e nemmeno la Luna, ma il buio: quindi la possibilità di vedere le stelle. Meglio: di poterle vedere in presenza del Sole. Volevano sfruttare l’unica occasione disponibile in natura per osservare le stelle accanto al Sole, durante un’eclisse totale. Perché?
Lo capiremo ricordando il contesto in cui si svolse il fenomeno, e il fermento scientifico che lo aveva preceduto: pochi anni prima, nel 1915, Einstein aveva completato la sua teoria della Relatività Generale, proponendo una dirompente rivoluzione culturale che riscriveva i concetti di spazio e tempo, e scavalcava la vecchia fisica di Newton. La forza di gravità non sarebbe più un’azione a distanza fra i corpi bensì l’effetto della curvatura imposta dalla massa alla geometria dello spaziotempo. Non più una forza ma un effetto geometrico. Una visione assai suggestiva, che necessitava di una verifica sperimentale. Il problema era riuscire a misurare la curvatura dello spaziotempo provocata da una massa, ma affinché l’effetto fosse misurabile serviva una grande massa. Dove reperirla? Di certo non in qualche laboratorio. Ma in cielo: lassù un’enorme massa ci brilla davanti agli occhi tutti i giorni. È il Sole: la massa più grande nei pressi della Terra. Ancora più vicino al Sole c’è il pianeta Mercurio, il cui movimento orbitale presenta un’anomalia rispetto alle previsioni fatte usando la gravità di Newton: la precessione del perielio (un lento spostamento del punto dell’orbita più vicino al Sole, che ne modifica l’orientazione nello spazio). La teoria della relatività permetteva di spiegare questo fenomeno: già nel 1911 le misure di Freundlich all’osservatorio di Berlino sulla posizione di Mercurio erano in accordo con le previsioni basate sulla teoria di Einstein (ancora la Relatività Speciale, pubblicata nel 1905). Tuttavia mancava ancora un ampio consenso scientifico intorno a questa interpretazione, ed ecco l’intuizione di Eddington: utilizzare un’eclisse di Sole.
La curvatura dello spaziotempo impone anche alla luce di incurvare la propria traiettoria. Così, la luce delle stelle in prossimità del Sole durante un’eclisse verrà “piegata” dalla sua presenza, ed esse in cielo appariranno in una posizione lievemente diversa rispetto a quando il Sole non si trova nei paraggi. Per misurare lo spostamento delle stelle, perciò, occorre confrontare la loro posizione in due immagini, prese con e senza il Sole. Senza il Sole è facile: basta fotografarle di notte. Ma con il Sole davanti? Ci vuole un’eclisse.
Non era nemmeno la prima volta che ci si provava: nel 1912 una spedizione argentina si recò in Brasile per osservare un’altra eclisse totale di Sole, ma fu fermata dal maltempo. Nel 1915 un gruppo di astronomi tedeschi tentò di raggiungere la Crimea in occasione di un’altra eclisse, ma fu fermata nientemeno che dalla Prima Guerra Mondiale.
L’eclisse di Sole del 29/5/1919 in una delle lastre fotografiche eseguite a Sobral (in alto) e la ricostruzione dell’evento ottenuta con Stellarium (in basso). Accanto al disco oscurato del Sole si notano alcune stelle dell’ammasso delle Iadi, evidenziate dai trattini bianchi (cliccare per ingrandire). In particolare, la coppia di stelle è formata da K1 e K2 Tauri
L’occasione giusta si presentò il 29 maggio 1919, con le due spedizioni inglesi opportunamente appostate lungo la sottile linea di totalità dell’eclisse. Quel giorno, il Sole splendeva nella costellazione del Toro, fra le propizie stelle delle Iadi, un ampio ammasso stellare che forniva lo sfondo ideale all’eclisse, offrendo diverse stelle all’esperimento. A Sobral il cielo era sereno e gli astronomi ottennero 8 lastre fotografiche utili: il telegramma che Crommelin inviò a Londra riferiva “Eclisse splendida”. Eddington invece era all’Isola di Principe, dove proprio mentre l’eclisse cominciava scoppiò un temporale. Ora possiamo finalmente intuire quale doveva essere il sottotesto irriferibile del suo telegramma. Per fortuna, poco prima della totalità le nuvole si diradarono e gli astronomi esposero 16 lastre, di cui solo due risultarono utilizzabili.
La deflessione della luce delle stelle risultò pari a 1,98” – un angolo mille volte più piccolo del disco della Luna – in perfetto accordo con le previsioni della Relatività. Ma le possibilità di errore su una misura così delicata erano molteplici, specialmente considerando le diverse condizioni in cui erano state prese le lastre da confrontare (per quelle notturne, gli astronomi si trattennero a Sobral altri due mesi lasciando i telescopi nelle medesime posizioni, dovendo attendere che il Sole si spostasse e “liberasse” le stelle delle Iadi). Rifrazione atmosferica, dilatazione termica dei telescopi, problemi di messa a fuoco, deformazione delle lastre fotografiche, variazioni di scala fra le lastre prese durante l’eclisse e quelle di confronto sono fra le cause di errori sistematici che potevano alterare le misure, introducendo false deflessioni paragonabili a quella che si voleva misurare. Il tentativo di confermare la Teoria della Relatività tramite l’eclisse era ingegnoso ma realmente al limite delle possibilità tecnologiche dell’epoca. Alcuni dati vennero scartati suscitando polemiche che si sono protratte per decenni, e fu soprattutto grazie al carisma di Eddington che, dopo la presentazione dei risultati alla Royal Astronomical Society nel novembre del ’19, vennero considerati come la prima verifica sperimentale della Relatività. Si può dire che il suo ruolo e la sua assoluta convinzione nella validità della teoria di Einstein furono elementi decisivi per il successo delle spedizioni, forse più dei risultati stessi.
La deflessione della luce non era l’unica prova possibile della teoria, ma fu senz’altro la più spettacolare: tanto che conquistò le prime pagine dei giornali di tutto il mondo e trasformò immediatamente Einstein in una star. “Luci di traverso nei cieli”, titolò il New York Times, commentando “le stelle non sono dove sembrano essere, ma nessuno si deve preoccupare” e ancora “scienziati più o meno impazienti sui risultati delle osservazioni dell’eclisse”. Niente male per uno come lui, che ammetteva candidamente di non essere affatto interessato all’osservazione del cielo.
Alla misura della deflessione della luce seguiranno numerose altre conferme della Relatività, fino alla rilevazione delle onde gravitazionali (2015). Lo spostamento apparente delle stelle causato dalla massa del Sole fu il primo esempio di lente gravitazionale, che oggi si osserva con effetti spettacolari nei lontani ammassi di galassie.
È sorprendente come un fenomeno celeste di cui si conosceva il meccanismo fin dall’antichità, ancora un secolo fa sia stato capace di sovvertire la nostra visione del mondo, rivelando per qualche istante un cielo stellato “storto”. Un gioco di luci e ombre da sempre tracciate con linee rette svela così la realtà incurvata del cammino della luce, scrivendo una nuova pagina di storia della scienza.
Questo articolo fa parte della nostra rubrica mensile “I cieli stellati che cambiarono il mondo”, a cura di Giangiacomo Gandolfi, Stefano Giovanardi e Gianluca Masi (Planetario e Museo Astronomico di Roma). Qui l’elenco di tutti gli articoli della rubrica »
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