A oltre 50 anni dall’installazione dei primi retroriflettori sulla Luna da parte degli astronauti dell’Apollo, un nuovo strumento europeo è pronto a migliorare quell’eredità scientifica. MPAc (MoonLIGHT Pointing Actuator), è un carico utile di nuova generazione per la telemetria laser lunare che consentirà agli scienziati di misurare la distanza tra la Terra e la Luna con una precisione dell’ordine di millimetri. MPAc dovrebbe volare a bordo della missione IM-3 di Intuitive Machines verso la regione lunare di Reiner Gamma all’inizio del prossimo anno. MPAc (precedentemente indicato come MoonLIGHT e ora generalmente denominato MPAc per evitare confusione con il programma Moonlight dell’ESA, che sviluppa servizi di comunicazione e navigazione per la Luna) contribuirà a rivelare nuovi dettagli sull’interno della Luna e sosterrà test ancora più sensibili per la nostra comprensione della gravità, spiega l’Agenzia Spaziale Europea (ESA).
Emettere un impulso laser
MPAc utilizza una tecnica chiamata telemetria laser lunare. Gli impulsi laser vengono emessi dagli osservatori sulla Terra verso la Luna, dove un retroriflettore rimanda la luce direttamente alla sua fonte. Poiché la velocità della luce è nota con estrema esattezza, misurare il tempo di percorrenza di andata e ritorno del laser permette agli scienziati di calcolare la distanza Terra-Luna con notevole precisione. Non si tratta di una tecnica nuova: la telemetria laser lunare esiste da quando sono stati installati pannelli di riflettori sulla Luna durante i programmi Apollo e il sovietico Luna. Negli ultimi cinque decenni queste misurazioni hanno aiutato gli scienziati a studiare l’orbita e la rotazione della Luna, a indagarne l’interno e a effettuare rigorose verifiche della teoria della gravità di Einstein. Oggi, tuttavia, i riflettori dell’era Apollo sono diventati l’anello debole della catena di misurazione. Le stazioni di telemetria laser sulla Terra sono migliorate notevolmente e l’incertezza introdotta dai gruppi di riflettori originali è ora maggiore di quella dei sistemi a terra. MPAc è progettato per superare questo limite.
Meno è meglio
MPAc combina due elementi: MoonLIGHT, un retroriflettore a cubo angolare di nuova generazione, e MPAc, un attuatore di precisione che orienta il riflettore verso la Terra. I riflettori dell’Apollo consistevano in degli insiemi, o array, contenenti molti piccoli retroriflettori. Sebbene efficaci e robusti per l’epoca, questi array sono influenzati dalla librazione lunare, il leggero oscillamento apparente della Luna mentre orbita attorno alla Terra. Man mano che la Luna oscilla, diverse parti di un array si trovano a distanze leggermente diverse dalla Terra. Ciò fa sì che i fotoni provenienti dallo stesso impulso laser ritornino in momenti leggermente diversi, diffondendo il segnale di ritorno e limitando la precisione della misurazione.
Invece di un array, MoonLIGHT utilizza un unico grande retroriflettore. Ciò riduce notevolmente la diffusione del segnale, producendo un segnale di ritorno più nitido e consentendo misurazioni della distanza molto più precise. Tuttavia, il riflettore ha un campo visivo ristretto e deve essere puntato con estrema precisione verso la Terra: questo è il ruolo di MPAc, che allinea il riflettore dopo l’atterraggio e gli consente di raggiungere le sue piene prestazioni scientifiche. Insieme, MoonLIGHT e MPAc mirano a migliorare la precisione di misurazione della distanza, passando dall’attuale scala centimetrica a quella millimetrica.
La scienza lunare europea
MoonLIGHT è stato sviluppato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) italiano in collaborazione con l’Università del Maryland. L’ESA ha finanziato lo sviluppo dell’attuatore MPAc e ha assicurato un’opportunità di volo attraverso il programma Commercial Lunar Payload Services della NASA nell’ambito della missione IM-3 di Intuitive Machines sulla superficie lunare. L’Agenzia Spaziale Italiana sosterrà MPAc attraverso il suo Osservatorio di Telemetria Laser di Matera, insieme ad altre tre stazioni di terra situate a: Grasse in Francia, Wettzell in Germania e APOLLO negli Stati Uniti.
L’MPAc ha completato le fasi di qualificazione e collaudo e attende di essere integrato sul lander Nova-C di Intuitive Machines in vista del lancio previsto per il 2027. Una volta sulla Luna, MPAc si avvarrà di oltre mezzo secolo di esperienza nel campo della telemetria laser lunare, aiutando gli scienziati a sondare l’interno della Luna e a verificare le teorie fondamentali sulla gravità con una precisione senza precedenti.