Lunar Laser Ranging, la misura della distanza Terra-Luna

Le varie missioni del programma Apollo,  in un lasso di tempo che va dal 1969 fino al 1972, portarono a camminare sulla Luna un totale di 12 astronauti. La portata scientifica di tali missioni è immensa, i dati raccolti sono utilizzati ancora oggi per fare ricerca. Gli astronauti delle varie missioni, prima di ripartire, avevano il compito di posizionare sulla superficie lunare dei piccoli specchi riflettenti. In seguito altri due specchi sono stati posizionati dalle missioni robotiche Lunokhod 1 e 2. Questi specchi servono ancora oggi per misurare la distanza tra la Terra e la Luna.  

Il Lunar Laser Ranging  

Questo esperimento è concettualmente molto semplice: si tratta di inviare un segnale luminoso (un fascio laser monocromatico) dalla Terra agli specchi sulla Luna, e misurare quando tempo impiega a tornare indietro.  Nota la velocità della luce, e misurato il tempo, possiamo risalire alla distanza, che sarà data dal prodotto della velocità della luce per il tempo di viaggio, diviso 2, perchè è un viaggio di andata e ritorno.  

Due riflettori posti sulla superficie lunare. Fonte 1 e fonte 2

Come detto prima, viene utilizzato un laser, perchè è in grado di generare un fascio di luce altamente collimato, cioè che non si “sparpaglia” mentre viaggia. È ovviamente impossibile collimare in modo perfetto la luce, per questo il fascio che giunge sulla Luna ha dimensioni notevolmente maggiori di quelle di partenza. Per fortuna. Se così non fosse sarebbe molto più difficile riuscire a centrare gli specchi. Ricordiamoci che stiamo parlando di oggetti grandi poche decine di centimetri, posizionati sulla superficie di un corpo lontano 384000 Km. Il laser utilizzato dal McDonald Observatory, in Texas, invia un fascio che arriva sulla Luna con un diametro di 6.5 Km, sufficiente per riuscire a colpire lo specchio. Mediamente, ogni 10^17 fotoni inviati, solo uno ritorna sulla Terra.  
Gli esperimenti fatti nel corso del tempo hanno permesso di calcolare la distanza Terra-Luna con una precisione elevatissima, dell'ordine del millimetro. Un millimetro su 384000 chilometri, assurdo.  

Gli strumenti all'opera (fonte)
Le misure hanno portato a risultati scientifici rilevanti, come: 

•   Il fatto che la Luna si allontana di quasi 4 centimetri all'anno. Questo è dovuto alla interazione reciproca con le masse d'acqua sulla Terra. L'attrazione gravitazionale lunare (e in parte anche quella solare) è infatti la causa delle maree. Però anche l'acqua esercita una forza sulla Luna, spingendola sempre più lontano.  
•   La Luna ha probabilmente un nucleo liquido. 
•   La costante di gravitazione universale è stabile nel tempo. Il fatto che una costante abbia quel nome, non significa che non possa variare nel tempo, cambiando valore. O meglio, secondo la teoria non dovrebbe variare, ma la natura fa poi quello che vuole. È la teoria che sbaglia, non la natura. Questa costante, in particolare, ci dà informazioni sull'intensità della forza di interazione gravitazionale tra corpi. Se questa costante è variata, dal 1969 ad oggi lo ha fatto per meno di una parte su 100 miliardi.  Se si dovesse scoprire che una costante non è tale nel tempo, sarebbe una rivoluzione: vuol dire che le “regole del gioco” cambiano. E descrivere l'universo attraverso precise leggi fisiche sarebbe molto più complicato.  
•   È stato possibile inoltre verificare la Teoria della Relatività con notevole precisione: la Luna si muove esattamente come predicono le equazioni di Einstein.
  

Poichè sulla Luna non c'è atmosfera che possa trasportare polvere, gli specchi rimarranno lì per molti anni ancora. Si stanno degradando, a causa dell'esposizione alla radiazione solare, ma saranno operativi ancora per decenni, forse secoli.  Sperando che nel frattempo sulla Luna ci si torni. È un posto parecchio interessante, sisi.
 

Fonti e approfondimenti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Esperimento_Lunar_Laser_Ranging 

 https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2004/21jul_llr/ 

 http://www.gravita-zero.org/2010/05/lo-specchio-sulla-luna-e-i-complottisti.html  

http://tmurphy.physics.ucsd.edu/apollo/lrrr.html  

https://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_Laser_Ranging_experiment