L’esperimento MoonLIGHT-2, finanziato dalla Commissione Scientifica Nazionale 2 (CSN2) dell’INFN, dopo aver sviluppato nei precedenti anni retroriflettori laser di nuova generazione per la misura della distanza Terra-Luna, dal 2026 estenderà le proprie attività scientifiche allo studio del sistema Terra-Luna per test di gravità e di fisica fondamentale ¾ nonché di geofisica terrestre e lunare ¾ per mezzo della tecnica del Lunar Laser Ranging (LLR). Da oltre 56 anni, il LLR monitora la distanza del nostro satellite con impulsi laser inviati da un ristretto numero di stazioni dell’International Laser Ranging Service (ILRS), una delle quali si trova in prossimità di Matera, presso il Centro Spaziale dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Il cuore teorico di questa sfida è il software PEP (Planetary Ephemeris Program), sviluppato a partire dagli anni ’60 dall’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge (MA).
Mentre i primi 50 anni di LLR si sono basati sugli array di specchi delle missioni Apollo e Lunokhod (che hanno raggiunto una precisione centimetrica), la sfida che la fisica moderna ci propone oggi nello studio della interazione gravitazionale richiede una risoluzione superiore, mm o sub-mm. Il problema principale degli array storici è la loro sensibilità alle librazioni lunari, oscillazioni che, per così dire, “sfuocano” il segnale laser riflesso limitandone la precisione finale.
Per rispondere a questa esigenza, l’SCF_Lab dell’INFN-Laboratori Nazionali di Frascati, in collaborazione con l’Università del Maryland e l’ASI, ha sviluppato MoonLIGHT (Moon Laser Instrumentation for General relativity High-accuracy Tests) che si caratterizza per un Design Innovativo (invece di un array esteso di piccoli specchi, MoonLIGHT utilizza un unico grande CCR (Cube Corner Retroreflector)con un diametro frontale di 10 cm) e una notevole riduzione degli effetti di Librazione (la configurazione a riflettore singolo da 10 cm elimina l’incertezza dovuta alle oscillazioni lunari, consentendo una precisione millimetrica). Ad oggi, il sistema Next Generation Lunar Retroreflector-1 (NGLR-1), noto come MoonLIGHT a puntamento fisso, è già operativo sulla Luna dal marzo 2025. Una versione ancora più avanzata, integrata nel sistema robotico di puntamento MPAc (MoonLIGHT Pointing Actuator), verrà dispiegata nel 2026 per allinearsi attivamente verso Terra.
Con la precisione millimetrica garantita dai nuovi CCR da 10 cm e l’analisi di PEP, MoonLIGHT-2 si propone di migliorare in futuro alcune delle misure di gravitazione che caratterizzano gli esperimenti che utilizzano le misure di LLR, come ad esempio:
- Principio di Equivalenza Forte (SEP). Verificare se la Terra e la Luna cadono verso il Sole con la stessa accelerazione, testando la validità del principio cardine della Relatività Generale
- Effetto Geodetico. La misura della precessione dell’orbita lunare dovuta al moto del sistema Terra-Luna nel campo gravitazionale del Sole.
- Violazioni dell’Invarianza di Lorentz. Eventuali anisotropie dello spazio-tempo potrebbero indicare nuova fisica oltre il Modello Standard.
[1] Muccino, M., et al. MoonLIGHT and MPAc: The European Space Agency’s Next-Generation Lunar Laser Retroreflector for NASA’s CLPS/PRISM1A (CP-11) Mission. Remote Sensing, 2025, 17(5), 813, DOI: 10.3390/rs17050813.
[2] Molli, S., et al. NovaMoon: A Strategic Lunar Reference Station for Positioning, Timing, and Largely Enhanced Science in the Earth-Moon System. arXiv:2602.08432.