Luna 3 e la faccia nascosta della Luna

Per millenni l’umanità aveva osservato la Luna senza poter vedere direttamente quasi metà della sua superficie. La rotazione del satellite è sincronizzata con il periodo orbitale attorno alla Terra e, salvo le porzioni rese visibili dalla librazione, dalla superficie terrestre osserviamo sempre lo stesso emisfero. La situazione cambiò il 7 ottobre 1959, quando la sonda sovietica Luna 3 fotografò per la prima volta la faccia nascosta della Luna. Le immagini erano sgranate e poco definite, eppure mostrarono un territorio mai osservato prima e sorprendentemente diverso dall’emisfero rivolto verso la Terra. Per ottenerle fu necessario fotografare su pellicola nello spazio, svilupparla automaticamente all’interno della sonda, trasformare le fotografie in segnali e trasmetterle verso stazioni poste a centinaia di migliaia di chilometri di distanza.

Perché vediamo sempre la stessa faccia della Luna

La definizione di “faccia nascosta” può generare un equivoco. L’emisfero lunare rivolto nella direzione opposta alla Terra non è permanentemente buio e non corrisponde quindi a un fantomatico “lato oscuro” della Luna. Riceve la luce del Sole esattamente come l’emisfero che osserviamo dalla Terra.

La ragione della sua invisibilità terrestre è legata alla rotazione sincrona. La Luna impiega sostanzialmente lo stesso tempo per completare una rotazione sul proprio asse e un’orbita attorno alla Terra. Il risultato è che mantiene rivolto verso il nostro pianeta sempre lo stesso emisfero. Le oscillazioni apparenti conosciute come librazioni consentono in realtà di osservare dalla Terra, nel corso del tempo, una porzione superiore alla metà della superficie complessiva, senza però permettere di vedere direttamente gran parte dell’altro emisfero. NASA descrive questo comportamento come conseguenza del blocco mareale tra Terra e Luna.

Prima dell’era spaziale gli astronomi potevano quindi costruire mappe molto dettagliate della parte visibile e soltanto ipotizzare le caratteristiche della superficie nascosta. Per superare quel limite serviva portare una macchina fotografica oltre la Luna e farla guardare indietro.

Alla fine degli anni Cinquanta una simile operazione aveva ancora caratteristiche sperimentali. L’Unione Sovietica e gli Stati Uniti avevano appena iniziato a inviare sonde oltre l’orbita terrestre e numerosi tentativi erano falliti durante il lancio o lungo il percorso.

L’Unione Sovietica conquista i primi primati lunari

Il programma sovietico arrivò alla missione dopo una successione rapidissima di esperimenti. Il 4 ottobre 1957, esattamente due anni prima del lancio di Luna 3, Sputnik 1 era diventato il primo satellite artificiale della Terra. Nel gennaio 1959 Luna 1 mancò la superficie lunare, ma divenne il primo veicolo spaziale a raggiungere le vicinanze della Luna e proseguire successivamente su un’orbita attorno al Sole.

Il risultato successivo arrivò pochi mesi più tardi. Il 13 settembre 1959 Luna 2 raggiunse la superficie lunare, diventando il primo oggetto costruito dall’uomo a raggiungere un altro corpo celeste. La missione fornì anche dati scientifici sull’ambiente vicino alla Luna.

L’obiettivo successivo presentava difficoltà completamente differenti. Colpire la Luna significava riuscire a indirizzare una sonda verso un bersaglio distante centinaia di migliaia di chilometri. Fotografarne l’emisfero nascosto richiedeva invece che il veicolo passasse dietro il satellite, assumesse l’orientamento corretto, realizzasse le fotografie in condizioni adeguate e riuscisse successivamente a inviarle verso la Terra.

Tutto questo doveva essere realizzato senza fotocamere digitali, memorie elettroniche capaci di immagazzinare grandi quantità di dati o sistemi di comunicazione paragonabili a quelli utilizzati dalle sonde spaziali successive.

Il lancio di Luna 3

La sonda che sarebbe diventata nota come Luna 3 venne lanciata il 4 ottobre 1959 alle 00:43:40 UTC dal sito sovietico NIIP-5, successivamente conosciuto come cosmodromo di Bajkonur, nell’attuale Kazakistan. La denominazione Luna 3 venne adottata successivamente; all’epoca la stampa sovietica la indicò come stazione interplanetaria automatica. La massa della sonda era di circa 278,5 chilogrammi.

La traiettoria era particolare. Luna 3 non entrò in orbita attorno alla Luna. Venne collocata su un’orbita terrestre fortemente ellittica che la portava abbastanza lontano da raggiungere la distanza lunare. La gravità della Luna contribuì poi a modificare il percorso della sonda, permettendole di passare dietro il satellite e successivamente tornare verso una regione dalla quale le comunicazioni con la Terra sarebbero state nuovamente possibili.

Durante il viaggio non mancarono i problemi. La sonda soffrì di surriscaldamento e le comunicazioni risultarono difficili. Il 6 ottobre passò sopra la regione del polo sud lunare a circa 7.900 chilometri di distanza. Dopo il passaggio ravvicinato proseguì oltre la Luna, portandosi nella posizione necessaria per osservare l’emisfero che dalla Terra era rimasto invisibile.

La geometria della missione era stata studiata affinché il Sole illuminasse gran parte della superficie da fotografare. Quando la fotocamera entrò in funzione, la sonda si trovava ormai a decine di migliaia di chilometri dalla Luna.

Il 7 ottobre l’umanità vede l’altra faccia della Luna

La prima fotografia venne realizzata alle 03:30 UTC del 7 ottobre 1959, quando Luna 3 si trovava a circa 63.500 chilometri dalla superficie lunare. La sonda guardava indietro verso l’emisfero illuminato che dalla Terra non era possibile osservare.

La sessione fotografica durò circa quaranta minuti. Furono scattate 29 fotografie, sufficienti a riprendere approssimativamente il 70% della faccia nascosta della Luna. La qualità era modesta secondo qualsiasi standard successivo: le immagini erano rumorose, poco definite e permettevano di distinguere soltanto le strutture più grandi. Diciassette fotografie risultarono abbastanza utilizzabili da contribuire alla ricostruzione della superficie.

Il loro valore, però, non dipendeva dalla nitidezza. Per la prima volta era possibile osservare direttamente caratteristiche geologiche di una regione lunare che fino a quel momento non era mai stata vista.

Le fotografie mostrarono immediatamente qualcosa di inatteso. L’emisfero nascosto appariva molto diverso da quello familiare agli osservatori terrestri.

Una macchina fotografica e un laboratorio nello spazio

Uno degli aspetti più straordinari della missione riguardava il sistema utilizzato per ottenere le immagini. Luna 3 non disponeva di un sensore digitale. Portava il sistema fotografico Yenisey-2, costituito da una fotocamera con pellicola da 35 millimetri e due obiettivi, uno da 200 millimetri per riprese più ampie e uno da 500 millimetri per ottenere maggiore dettaglio.

Scattare le fotografie rappresentava soltanto la prima parte del problema. La pellicola impressionata doveva essere sviluppata senza alcun intervento umano. All’interno della sonda esisteva quindi un sistema automatico capace di svilupparla, fissarla e asciugarla.

Una volta ottenuto il negativo, un fascio luminoso eseguiva la scansione delle immagini. Le variazioni di luminosità venivano convertite in un segnale elettrico che poteva essere trasmesso via radio. NASA ha paragonato il procedimento a quello di un fax, con la differenza che il documento originale si trovava nello spazio, a centinaia di migliaia di chilometri dalla stazione ricevente.

Le prime trasmissioni non andarono perfettamente. Alcuni tentativi fallirono e la qualità del segnale variava con la distanza e le condizioni di comunicazione. Quando Luna 3 tornò abbastanza vicina alla Terra, le stazioni sovietiche riuscirono però a ricevere una quantità sufficiente di materiale per ricostruire l’aspetto generale dell’emisfero fotografato.

Era un metodo complicato, fragile e limitato. Funzionò abbastanza da permettere qualcosa che nessuna tecnologia precedente aveva realizzato.

Una Luna diversa da quella conosciuta

Le fotografie mostrarono che la faccia nascosta presentava una distribuzione delle strutture superficiali molto diversa dall’emisfero rivolto verso la Terra. Il lato familiare della Luna è caratterizzato da grandi regioni scure, facilmente visibili anche a occhio nudo, chiamate maria. Sono vaste pianure formate da antiche colate di lava basaltica che riempirono grandi bacini da impatto.

Sul lato nascosto queste grandi pianure scure apparivano molto meno diffuse. Le immagini di Luna 3 mostrarono invece una superficie dominata dalle terre alte e dai crateri. NASA ricorda proprio la scarsità dei maria come una delle principali sorprese prodotte dalle fotografie sovietiche.

Tra le strutture riconoscibili compariva una regione scura che sarebbe stata chiamata Mare Moscoviense, il Mare di Mosca. Un’altra formazione particolarmente evidente era il cratere Tsiolkovskiy, successivamente intitolato a Konstantin Ciolkovskij, uno dei pionieri teorici dell’astronautica.

Le immagini permisero così di iniziare la cartografia di un nuovo territorio senza che nessun essere umano vi fosse mai arrivato.

La differenza tra i due emisferi avrebbe richiesto decenni di osservazioni per essere compresa meglio. Missioni successive avrebbero mostrato differenze nella struttura della crosta e nella storia geologica delle due facce lunari. Luna 3 aveva però posto per la prima volta il problema davanti agli scienziati attraverso immagini concrete.

Quella regione lunare continua a essere particolarmente interessante anche per la ricerca contemporanea: la faccia nascosta della Luna, schermata da molte delle interferenze radio prodotte sulla Terra, viene studiata come possibile luogo privilegiato per nuove osservazioni astronomiche.

Le prime mappe della faccia nascosta

Dalle fotografie ricevute vennero ricavate le prime carte dell’emisfero nascosto. La quantità di informazioni era inevitabilmente limitata e alcune interpretazioni delle strutture sarebbero state corrette dalle missioni successive, capaci di ottenere fotografie con risoluzioni enormemente superiori.

Il risultato aveva anche una dimensione geografica e culturale. Vedere un territorio sconosciuto significava doverlo nominare. Le nuove strutture lunari ricevettero denominazioni che riflettevano in parte l’origine sovietica della missione e la storia della scienza e dell’esplorazione.

La cartografia sarebbe migliorata rapidamente. Altre sonde sovietiche e americane fotografarono la Luna negli anni successivi e l’avvicinamento alle missioni con equipaggio rese necessaria una conoscenza sempre più precisa della superficie.

Luna 3 rimase però il punto di partenza. Tutte le mappe successive della faccia nascosta derivarono da un territorio che il 7 ottobre 1959 era passato, nel giro di quaranta minuti, dall’essere completamente invisibile all’essere almeno parzialmente fotografato.

La corsa alla Luna accelera

La missione arrivò appena due anni dopo Sputnik 1 e meno di un mese dopo Luna 2. La successione dei risultati sovietici alimentò negli Stati Uniti la percezione di un ritardo tecnologico nella competizione spaziale.

Gli americani avevano già tentato diverse missioni lunari con il programma Pioneer, ottenendo risultati parziali e numerosi fallimenti. Nel marzo 1959 Pioneer 4 era riuscita a effettuare un passaggio relativamente vicino alla Luna, diventando la prima sonda statunitense a raggiungere una traiettoria eliocentrica, ma passò troppo lontano per raggiungere tutti gli obiettivi previsti.

Il confronto avrebbe assunto una dimensione ancora maggiore il 12 aprile 1961, quando Jurij Gagarin diventò il primo essere umano nello spazio. Poche settimane più tardi il presidente statunitense John F. Kennedy annunciò davanti al Congresso l’obiettivo di portare un uomo sulla Luna e riportarlo sulla Terra entro la fine del decennio. NASA riconduce l’accelerazione del programma lunare americano proprio alla successione dei successi spaziali sovietici.

La competizione produsse una crescita rapidissima delle capacità tecnologiche. In pochi anni le fotografie sgranate di Luna 3 sarebbero state seguite da immagini ravvicinate, orbiter, atterraggi robotici e infine dalle missioni con equipaggio.

Dalle fotografie di Luna 3 alle mappe moderne

La distanza tecnologica tra Luna 3 e le missioni lunari successive permette di comprendere ancora meglio il risultato del 1959. Le prime fotografie consentivano di riconoscere soltanto le strutture più grandi. Le sonde contemporanee possono invece osservare la superficie con una precisione tale da distinguere caratteristiche di dimensioni estremamente ridotte.

Nel 2009 NASA lanciò il Lunar Reconnaissance Orbiter, progettato per realizzare osservazioni dettagliate della superficie lunare. I suoi dati hanno permesso di produrre mappe topografiche e mosaici fotografici dell’intera Luna, compreso l’emisfero nascosto. NASA ha utilizzato proprio questi dati per ricostruire virtualmente la posizione e l’inquadratura di Luna 3 e confrontare le immagini del 1959 con la superficie osservata attraverso strumenti moderni.

Il confronto è impressionante. Nella fotografia sovietica le strutture appaiono come macchie dai margini incerti. Nelle immagini moderne lo stesso territorio mostra migliaia di crateri, montagne, bacini e differenze altimetriche.

Quella maggiore precisione non riduce il valore delle fotografie del 1959. Al contrario, permette di comprendere quanto fosse difficile ottenere informazioni utilizzabili con la tecnologia disponibile all’inizio dell’era spaziale.

La faccia nascosta non era più invisibile

Luna 3 non entrò in orbita lunare e non tentò alcun atterraggio. Dopo aver completato la parte fondamentale della missione continuò lungo la propria traiettoria fortemente ellittica attorno alla Terra. Le comunicazioni divennero progressivamente più difficili e il contatto con la sonda venne infine perduto.

La sua missione era comunque riuscita. Dopo millenni di osservazioni astronomiche dalla superficie terrestre, una macchina aveva superato per la prima volta il limite imposto dalla geometria del sistema Terra-Luna.

Il valore di Luna 3 risiede anche nella semplicità apparente del risultato. Non riportò campioni, non trasportò astronauti e le fotografie che inviò sarebbero diventate tecnicamente obsolete nel giro di pochi anni. Ciò che mostrò, però, non era mai stato visto prima da nessun essere umano.

Il 7 ottobre 1959, attraverso una serie di immagini sgranate sviluppate automaticamente nello spazio e trasmesse via radio verso la Terra, la geografia conosciuta della Luna aumentò improvvisamente. Per la prima volta l’emisfero nascosto aveva crateri riconoscibili, grandi strutture e una superficie che poteva essere studiata e cartografata. Era trascorso appena un mese dall’arrivo di Luna 2 sulla superficie lunare e soltanto due anni dal lancio di Sputnik 1. In quel brevissimo intervallo, l’esplorazione spaziale era passata dal collocare un piccolo trasmettitore attorno alla Terra al fotografare un territorio che l’umanità non aveva mai potuto vedere.