개기일식 — 에딩턴, 상대성이론을 증명하다

아인슈타인을 하루아침에 세계적 스타로 만든 일식. 가려진 태양 옆 별빛이 휘어진 것을 재어 일반상대성이론을 처음 검증했습니다.

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개기일식 — 에딩턴, 상대성이론을 증명하다의 그 순간은 https://nowsky.org/e/eclipse-1919-eddington 에서 그대로 재생됩니다 — 관측지·시각이 맞춰진 채 열리고 로그인이 없습니다.

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이 이벤트 이야기

1919년 5월 29일, 아서 에딩턴은 서아프리카 기니만의 작은 섬 프린시페에서 구름 사이로 개기일식을 찍었습니다. 이 일식은 최대 6분 51초의 긴 개기식이었고, 마침 태양이 밝은 별이 많은 히아데스 성단 앞에 있었습니다 — 별빛의 휘어짐을 재기에 이보다 좋은 배치는 몇 세기에 한 번 옵니다.

목표는 태양 바로 옆을 지나는 별빛이었습니다. 아인슈타인의 일반상대성이론이 맞다면 태양의 중력이 시공간을 휘게 해 별의 위치가 1.75초각 이동해 보여야 했고, 뉴턴 역학은 그 절반인 0.87초각을 예측했습니다. 같은 일식을 브라질 소브랄에서 크로멜린과 데이비드슨의 팀이, 프린시페에서 에딩턴과 코팅엄이 관측했습니다.

건판을 반년 넘게 분석한 결과는 아인슈타인의 예측과 일치했습니다. 소브랄 4인치 망원경의 값은 1.98±0.12초각, 프린시페는 1.61±0.30초각. 1919년 11월 6일 왕립학회·왕립천문학회 합동 회의에서 결과가 발표됐고, 다음 날 "빛은 하늘에서 비뚤어진다"는 신문 헤드라인이 세계를 덮었습니다. 무명에 가깝던 물리학자는 하루아침에 가장 유명한 과학자가 됐습니다.

뉴턴의 우주가 아인슈타인의 우주로 교체된 순간이 일식 관측 하나로 왔다는 것 — 이것이 이 일식이 과학사에서 가장 중요한 일식으로 불리는 이유입니다. 공전뷰 재생으로 그날의 태양-달-지구 정렬을, 별자리뷰에서 프린시페의 하늘로 가면 가려진 태양 곁의 히아데스를 볼 수 있습니다.

왜 중요한가

일반상대성이론은 1915년에 완성됐지만 검증할 방법이 거의 없었습니다. 수성 근일점 이동은 설명했어도 "예측"이 아니라 "설명"이었고, 빛의 휘어짐은 태양이 가려질 때만 잴 수 있었습니다. 1914년 크림반도 원정은 1차 대전 발발로 무산됐고, 1919년은 전쟁이 끝난 뒤 첫 기회였습니다.

측정 자체가 극한이었습니다. 1.75초각은 1km 밖의 동전 굵기이고, 건판의 온도 변형과 망원경의 초점 변화가 그 정도 크기의 오차를 냅니다. 소브랄의 주 망원경 건판은 열 변형으로 버려졌고, 보조 4인치 망원경의 자료가 결정적이었습니다.

과학사적 뒷이야기도 있습니다. 후대에 "결론을 정해 놓고 데이터를 골랐다"는 비판이 있었지만, 1979년 그리니치 천문대의 원판 재분석은 원래 결론이 옳았음을 확인했습니다. 2017년 GAIA 위성과 2019년 이벤트 호라이즌 망원경까지, 같은 효과는 이후 수천 배 정밀하게 재확인됐습니다.

어떻게 보나

개기 구간은 남미 북부(브라질 소브랄, 아침)에서 대서양을 건너 서아프리카 기니만의 프린시페(오후), 이어 아프리카 중부로 이어졌습니다. 소브랄에서는 오전 9시 무렵 5분 13초, 프린시페에서는 오후 2시 무렵 구름 사이로 약 5분의 개기식이었습니다.

1919년의 관측은 사진 건판과 기계식 측미계로 이뤄졌습니다. 오늘 같은 실험을 하려면 개기식 중 태양 근처 별을 찍고, 반년 뒤 같은 별밭을 밤에 찍어 위치를 비교하면 됩니다 — 아마추어도 디지털 카메라와 정밀 소프트웨어로 2017년·2024년 일식에서 같은 측정을 재현했습니다.

별자리뷰에서 관측지를 프린시페(상투메 프린시페)로, 시각을 1919년 5월 29일 14시 UT 부근으로 두면 가려진 태양 곁에 알데바란과 히아데스가 놓인 그날의 배치가 나옵니다. 공전뷰 재생은 정렬 순간을 우주에서 보여 줍니다.

이 대목을 화면에서 확인하려면 — 그 시각 그 하늘 열기 · 공전 궤도에서 그 순간 재생

배경

이 일식은 사로스 136 주기입니다. 같은 주기의 1937년 6월 8일(7분 4초)·1955년 6월 20일(7분 8초, 20세기 최장)·1973년 6월 30일(7분 4초) 일식이 뒤따랐고, 136 주기는 20세기 가장 긴 개기식들을 낸 주기입니다.

아인슈타인은 1911년 처음 0.87초각을 계산했고, 1915년 완성된 이론으로 값을 두 배로 고쳤습니다. 1912년 아르헨티나와 1914년 크림 원정이 날씨와 전쟁으로 실패한 덕에, 틀린 값이 검증되는 일은 없었습니다.

에딩턴은 종교적 신념으로 병역을 거부한 퀘이커 교도였고, 그를 전선 대신 원정에 보내는 것이 왕립천문학회의 타협안이었습니다. 영국 과학자가 독일 이론을 증명한 이 관측은 종전 직후 과학의 국제성을 상징하는 사건으로도 받아들여졌습니다.

자주 묻는 질문

무엇을 쟀나요?

가려진 태양 옆 별들의 위치가 평소보다 얼마나 밀렸는지입니다. 아인슈타인은 1.75초각, 뉴턴 역학은 0.87초각을 예측했습니다.

결과는 얼마였나요?

소브랄 1.98±0.12초각, 프린시페 1.61±0.30초각으로 아인슈타인 쪽이었습니다.

데이터 조작 논란은 어떻게 됐나요?

1979년 그리니치의 원판 재분석이 원래 결론을 확인했습니다. 이후 GAIA·EHT 등이 같은 효과를 훨씬 정밀하게 재확인했습니다.

왜 히아데스가 중요했나요?

태양 바로 곁에 밝은 별이 여럿 있어야 위치 변화를 잴 수 있는데, 1919년 5월 태양이 마침 히아데스 성단 앞에 있었습니다.