L'esperimento più semplice e di maggior successo a bordo dell'Apollo 11

Come il retroriflettore laser lunare, ancora funzionante 50 anni dopo, finì per andare sulla luna

Quando Neil Armstrong fece un piccolo passo sulla superficie della Luna 50 anni fa, il risultato fu un trionfo per la tecnologia americana, dando agli Stati Uniti il ​​diritto di vantarsi sulla rivale Unione Sovietica nella aspramente contestata Guerra Fredda. Ma la corsa allo spazio ha anche creato una corsa scientifica interna per determinare quali esperimenti sarebbero stati a bordo della prima missione per far sbarcare gli esseri umani su un altro mondo.

Uno dei vincitori è stato un dispositivo che ha permesso agli scienziati di misurare la distanza tra il nostro pianeta e il suo satellite con una precisione senza precedenti, un esperimento che non solo è stato cruciale per testare la relatività generale e comprendere le sottili oscillazioni della luna mentre ruota attorno al proprio asse, ma era anche sorprendentemente semplice rispetto all’immensa complessità della missione complessiva.

Nel 1963, James Faller entrò a far parte del Joint Institute for Laboratory Astrophysicals (JILA) del National Bureau of Standards e dell'Università del Colorado, Boulder. Come studente laureato alla Princeton University alla fine degli anni '50, aveva scritto un articolo intitolato "A Proposed Lunar Package: A Corner Reflector on the Moon", immaginando un riflettore durevole e leggero che pesasse solo due o tre libbre e che sarebbe stato utilizzato sulla Luna. luna. Un raggio di luce proveniente dalla Terra verrebbe indirizzato al riflettore; lo strumento rileverebbe il laser e rifletterebbe la luce sulla Terra. Il tempo impiegato dalla luce per compiere il viaggio di andata e ritorno dalla Terra alla Luna e ritorno, scrisse, “permetterebbe di effettuare una misurazione precisa della distanza terra-luna”.

Diede il suo articolo di ricerca al suo professore, Robert Henry Dicke, un fisico che aveva dato importanti contributi ai campi dell'astrofisica, della fisica atomica e della gravità. Quando consegnò il suo foglio, Faller scrisse a mano in alto: "Professor Dicke, vorrebbe vedere se questo ha senso?"

Meno di un decennio dopo, il mondo avrebbe saputo quanto fosse stata perspicace la proposta di Faller. Insieme ai colleghi del JILA Jan Hall e Peter Bender, ha creato una squadra lunare per esplorare la fattibilità di mettere un retroriflettore sulla Luna. Non c'era alcuna garanzia che l'esperimento potesse effettivamente volare: altri gruppi stavano sviluppando proposte concorrenti nella speranza di essere selezionati per lo storico viaggio dell'Apollo.

Ma la fortuna, insieme ai severi requisiti della NASA in termini di dimensioni, peso, velocità e semplicità, ha dato al riflettore un vantaggio. I funzionari della NASA ritenevano che l'Apollo 11 avesse un alto rischio di interruzione dopo l'atterraggio, quindi qualsiasi esperimento doveva essere organizzato e implementato entro 10 minuti. Faller ha ricordato: “Gli astronauti avevano poco tempo da trascorrere sulla superficie lunare per posizionare il sistema puntato verso la Terra. In altre parole, siamo stati salvati dal tempo”.

Un retroriflettore a cubo angolare, o meglio, una serie di retroriflettori, offriva un design ideale. In teoria un normale specchio singolo avrebbe funzionato, ma avrebbe sempre dovuto essere puntato esattamente nel punto in cui aveva avuto origine la luce in entrata, in modo che il raggio luminoso venisse riflesso direttamente verso la sorgente per essere temporizzato. Tuttavia, a causa della rotazione della Luna sul proprio asse e attorno alla Terra, questo perfetto allineamento si verifica solo in rare occasioni e, anche in quel caso, un piccolo errore nel puntamento farebbe sì che la luce ritorni in un punto diverso. Ma questi riflettori sarebbero costituiti da tre specchi, disposti esattamente ad angolo retto tra loro, come l'angolo interno di una scatola di cartone. Questo design costringe la luce in entrata a rimbalzare su tre superfici e le leggi dell'ottica garantiscono che rimbalzerà sempre direttamente alla sorgente.

Mentre l'esperimento di Faller stava ottenendo il via libera dalla NASA, c'era un altro passo cruciale: trovare qualcuno che fornisse la serie di specchi riflettori specializzati per rendere possibile la misurazione. Un vantaggio per la nostra azienda, Heraeus, era che il quarzo fuso che producevamo era noto per avere la massima purezza, rendendolo resistente a qualsiasi radiazione ionizzata che avrebbe fatto scurire il vetro normale durante l'invecchiamento nello spazio. L'elevata purezza minimizzerebbe anche l'assorbimento, nonché le bolle e le inclusioni che creano piccole lenti o microriflettori che potrebbero causare una riflessione impropria della luce.