Luna

30 Aprile 2026

A oltre cinquant’anni dalle missioni lunari Apollo e con il successo del programma Artemis, la Luna è tornata a essere il principale obiettivo delle grandi potenze spaziali. La Cina punta a portare i propri astronauti sul suolo lunare entro il 2030, mentre la NASA prevede un nuovo allunaggio con equipaggio entro il 2028, in una competizione che richiama da vicino gli esordi dell’era spaziale, quando a confrontarsi erano Unione Sovietica e Stati Uniti. Di quegli anni restano impresse nella memoria collettiva le iconiche immagini in bianco e nero di Neil Armstrong durante la missione Apollo 11: il primo essere umano a posare piede sulla superficie lunare, sotto gli occhi di milioni di spettatori in tutto il mondo, incollati al televisore. Fu uno dei primi grandi eventi mediatici globali, capace di unire l’umanità davanti alla stessa scena. Per anni l’immagine più vista al mondo rimarrà quel piccolo passo di uomo che segnò in realtà un enorme balzo per la scienza e la tecnologia, proiettandole nel futuro.

Al di là delle dinamiche geopolitiche, il fascino della Luna, così vicina e al tempo stesso così difficile da raggiungere, continua a esercitare un’attrazione profonda, capace di attraversare e illuminare epoche e linguaggi diversi, dalla scienza alla letteratura, alle arti. Ne è un esempio la trilogia 1Q84 di Haruki Murakami, tra i maggiori successi della narrativa contemporanea degli ultimi vent’anni, in cui compaiono addirittura due lune metafora di mondi paralleli, quello reale e quello fantastico, tra i quali si muovono i protagonisti. È proprio in questa capacità di immaginare l’altrove, di moltiplicare i possibili, che la creatività artistica si avvicina sorprendentemente allo sguardo scientifico e all’intuizione che dalla ricerca fondamentale porta allo sviluppo di tecnologie che trovano applicazione in ambiti lontani da quelli in cui sono nati. In questo contesto, la comunità della fisica delle particelle è impegnata nello sviluppo di tecnologie e progetti pensati per le future missioni lunari, oltre che nell’ideazione di nuovi esperimenti da installare direttamente sulla superficie del nostro satellite. Alcune di queste soluzioni sono già diventate realtà: i sensori Medipix, ad esempio, sono stati inclusi nella missione Artemis II, mentre strumenti come gli specchi retroriflettori laser MoonLIGHT sono già operativi sulla Luna. Altre tecnologie, oggi in fase di sviluppo, potrebbero raggiungerla nei prossimi anni.

Di seguito presentiamo i principali progetti in cui è coinvolto l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare in questo ambito.

Impronta dello stivale di un astronauta nel suolo lunare, fotografata con una fotocamera da 70 mm sulla superficie lunare durante l’attività extraveicolare (EVA) della missione Apollo 11 sulla Luna. Credit: NASA.

Artemis I, giorno di volo 13, 2026: Orion, Terra e Luna. Credit: NASA.

Dal CERN allo spazio: i sensori Medipix a bordo della missione Artemis II

A bordo della navicella Orion della missione Artemis II erano presenti sei chip Timepix, sensori avanzati per la rivelazione di particelle e radiazioni sviluppati al CERN nell’ambito della collaborazione internazionale Medipix 2 a cui hanno collaborato anche l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e gruppi di ricerca delle Università di Cagliari, Napoli e Pisa. Durante i circa dieci giorni di missione, questi dispositivi hanno monitorato in tempo reale le caratteristiche e il livello della radiazione all’interno del veicolo spaziale. Si tratta di una misura cruciale: al di fuori della protezione del campo geomagnetico terrestre, infatti, gli astronauti sono esposti a livelli di radiazione significativamente più elevati rispetto a quelli tipici dell’orbita bassa. I chip Timepix fanno parte del sistema HERA sviluppato dalla NASA e contribuiscono alla valutazione dell’esposizione sia dell’equipaggio sia dell’elettronica di bordo dovuta ai raggi cosmici galattici che colpendo la navicella generano frammenti carichi, neutroni, pioni, muoni, elettroni e positroni.

Questa tecnologia deriva dai rivelatori a pixel ibridi impiegati negli esperimenti dell’acceleratore di particelle Large Hadron Collider al CERN, ed è in grado di distinguere diversi tipi di radiazione grazie all’analisi delle tracce lasciate dalle particelle nei sensori, in modo analogo a quanto avviene nei grandi rivelatori di esperimenti come ATLAS, CMS o ALICE da cui sono partiti i primi sviluppi di rivelatori ibridi. Dispositivi basati sulla stessa tecnologia trovano applicazione anche in ambito medico, in particolare nella diagnostica per immagini. Evoluzione di strumenti sviluppati a partire dalla fine degli anni Novanta del secolo scorso, questi sensori sono alla base di sistemi di imaging di nuova generazione, capaci di offrire immagini più precise e dettagliate. In prospettiva, queste tecnologie potranno contribuire a miglioramenti significativi, ad esempio nella diagnostica a raggi X, per la quale sono state sviluppate applicazioni come uno scanner CT portatile a conteggio di fotoni, capace di realizzare imaging a colori. Inoltre, è in fase di sviluppo un sistema di monitoraggio per i trattamenti in adroterapia.

Il chip Timepix . credit CERN

Una nuova generazione di specchi retroriflettori laser: progetto Moonlight

A partire dal 1969, con le missioni Apollo 11, Apollo 14 e Apollo 15, insieme ai rover sovietici Lunokhod 1 e Lunokhod 2, sono stati installati sulla superficie lunare speciali dispositivi chiamati retroriflettori laser (LRA- Laser Retroreflector Array). Questi strumenti, costituiti da matrici di retroriflettori a spigolo di cubo (CCR-Corner Cube Retroreflector), hanno la proprietà di riflettere la luce esattamente nella direzione da cui proviene, cioè verso le stazioni laser sulla Terra. Grazie a questi dispositivi è possibile utilizzare una tecnica chiamata Lunar Laser Ranging (LLR), che consente di misurare con estrema precisione la distanza tra la Terra e la Luna. Il metodo consiste nell’inviare brevi impulsi laser dalla Terra verso i retroriflettori lunari e nel misurare il tempo impiegato dalla luce per compiere il viaggio di andata e ritorno. Nel corso degli anni, queste misure hanno permesso di ottenere risultati scientifici di grande rilievo: test molto accurati della relatività generale, informazioni sulla struttura interna della Luna, dati precisi sul suo moto (effemeridi), sulla posizione dei riflettori sulla superficie lunare e delle stazioni sulla Terra, oltre a parametri fondamentali per descrivere l’orientazione del nostro pianeta. Negli ultimi 55 anni le prestazioni delle stazioni laser terrestri sono migliorate notevolmente. Tuttavia, la precisione complessiva delle misure è limitata dai riflettori installati durante le missioni Apollo e Lunokhod. Questa limitazione è dovuta alle cosiddette librazioni lunari, oscillazioni apparenti della Luna causate dalla forma e dall’inclinazione della sua orbita, che introducono un’incertezza maggiore rispetto a quella raggiungibile oggi con le tecnologie laser a Terra.

Per superare questo limite, presso i Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare è stato sviluppato il progetto MoonLIGHT (Moon Laser Instrumentation for General relativity High-accuracy Tests). L’obiettivo è realizzare una nuova generazione di retroriflettori lunari, progettati per non essere influenzati dalle librazioni. Il cuore dello strumento è un singolo retroriflettore a spigolo di cubo di grandi dimensioni (100 mm), molto più preciso rispetto alle configurazioni precedenti. Questa tecnologia è stata sviluppata grazie a una collaborazione tra Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, Università del Maryland, il Matera Laser Ranging Observatory dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e l’Università di Padova. Nel 2025 il primo riflettore di nuova generazione è stato installato con successo sulla Luna grazie a una missione della NASA. Un secondo riflettore sarà lanciato entro la fine del 2026 con una missione congiunta NASA-ESA.

Il funzionamento di MoonLIGHT richiede un puntamento molto accurato verso la Terra: il suo campo di vista è infatti limitato a un cono con apertura massima di 15°, mentre le librazioni lunari possono arrivare fino a circa 10°. Per garantire questa precisione, l’INFN-LNF ha sviluppato un sistema di puntamento dedicato, il MoonLIGHT Pointing Actuator (MPAc), successivamente selezionato dall’European Space Agency per lo sviluppo. MPAc è progettato per orientare il riflettore con grande precisione tramite due movimenti rotatori perpendicolari, operando in condizioni estreme di vuoto e temperatura sulla superficie lunare. Il sistema MoonLIGHT/MPAc è stato completato e qualificato nel 2023, quindi accettato da ESA, NASA e dall’azienda Intuitive Machines. Il lancio è previsto nell’ambito del programma Commercial Lunar Payload Services (CLPS), con destinazione il sito lunare Reiner Gamma. Dopo alcuni rinvii legati alle prime missioni del programma, il decollo è attualmente pianificato per il 2026. Lo strumento è già pronto e conservato a Houston, in attesa del lancio.

MoonLIGHT: singolo retroriflettore solido per misure di laser lunare. Credit INFN

In parallelo allo sviluppo di MoonLIGHT/MPAc, la tecnologia dei retroriflettori laser miniaturizzato nel 2018 è sbarcata invece su Marte. A bordo del Lander della NASA Insight era stato inserito LaRRI (Laser Retro-Reflector for Insight), un microriflettore laser sviluppato dai Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN con il supporto dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Un altro simile (LaRA, Laser Retroreflector Array) è stato dispiegato sul rover NASA Perseverance, che cerca tracce di vita su Marte dal 2021. La tecnologia miniaturizzata di LaRRI/LaRA è stata inoltre applicata alla missione cinese Chang’e 6 della China National Space Administyration (CNSA), che ha invece avuto successo nell’allunaggio sulla faccia nascosta della Luna.

Un laboratorio spaziale specialistico ai Laboratori Nazionali di Frascati

Anche grazie a queste esperienze, e allo sviluppo di LRA per Galileo 2nd Generation 9G2G) a COSMO-SkyMed Second Generation (CSG) è nato una ventina di anni fa ai Laboratori Nazionali di Frascati l’SCF_Lab, un laboratorio specialistico di ricerca e industriale dedicato al disegno, alla costruzione, alla caratterizzazione e qualifica spaziale di retroriflettori laser installati su satelliti artificiali e corpi celesti per il loro posizionamento di precisione tramite la tecnica del tracciamento laser. I corpi celesti d’interesse sono la Luna, Marte, altre lune, asteroidi e comete. SCF_Lab è un laboratorio in partenariato con ESA, l’agenzia spaziale italiana (ASI) e collabora internazionalmente con l’agenzia americana (NASA), cinese (CNSA) e indiana (ISRO) su missioni e studi riguardanti la Terra e il resto del Sistema Solare.

Astronomia multimessaggera: sensori di raggi x sul suolo lunare

Dopo la rivelazione delle onde gravitazionali e delle loro controparti elettromagnetiche, e con il consolidarsi dell’astronomia dei neutrini, lo studio dell’universo è entrato nell’era dell’astronomia multimessaggera: un approccio che combina informazioni diverse, come luce, particelle e segnali gravitazionali, per osservare i fenomeni cosmici nella loro complessità ed individuarne le origini. In questo nuovo scenario, diventa cruciale disporre di strumenti capaci di monitorare continuamente il cielo. È in questo contesto scientifico che nasce il progetto LEM-X (Lunar Electromagnetic Monitor in X-rays) per la realizzazione di sensori di raggi X” soft” (raggi X caratterizzati da energie più basse e quindi lunghezze d’onda più lunghe rispetto ai raggi X detti “hard”), per il monitoraggio continuo del cielo dal suolo lunare. Il progetto punta a colmare una lacuna osservativa importante: la copertura a grande campo nella banda dei raggi X “soft”, ancora poco esplorata da missioni orbitanti con ampie capacità di monitoraggio continuo. LEM-X impiega tecnologie sviluppate nell’ambito della missione eXTP, una missione su satellite della Chinese Academy of Sciences (CAS) che ha l’obiettivo di studiare i buchi neri di tutte le possibili masse finora osservate nell’universo e le stelle di neutroni con diverse intensità di campo magnetico. In particolare, LEM-X si basa sulle tecnologie impiegate sul Wide Field Monitor (WFM) e le sviluppa in una struttura modulare: una “cupola” composta da numerosi moduli identici, ciascuno orientato in una diversa direzione. In questo modo, lo strumento sarà in grado di coprire simultaneamente metà del cielo e, grazie alla rotazione della Luna, l’intera sfera celeste potrà essere osservata nel tempo.Ogni modulo del sistema integra rivelatori Silicon Drift Detector (SDD) di grande area, sviluppati in Italia da una collaborazione tra INFN (con le sezioni di Trieste e il Tifpa di Trento) INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica), ASI e FBK (Fondazione Bruno Kessler).

La Terra vista dalla Luna. credit NASA

Esperimento ALICE- Credit CERN

LEM-X ha le sue origini nella fisica delle alte energie, in particolare in tecnologie sviluppate per il rivelatore ALICE dell’acceleratore LHC. In particolare, questi rivelatori furono inizialmente progettati a Trieste, in collaborazione con Canberra (ora Mirion Technologies), per i layer 3 e 4 dell’Inner Tracking System (ITS) del rivelatore di ALICE e sono stati usati per tracciare le particelle cariche negli strati esterni dell’ITS, con alta precisione spaziale. Queste tecnologie nate nella ricerca fondamentale in fisica delle particelle hanno poi trovato un’applicazione nella spettroscopia e nell’imaging di raggi X. Il modulo base di LEM-X è attualmente in fase di sviluppo all’interno della collaborazione italiana che ha partecipato alla missione eXTP, parte di un consorzio più ampio che coinvolge diversi Paesi europei. Sebbene il progetto LEM-X non sia ancora stato formalmente discusso all’interno della collaborazione più ampia, rappresenta una naturale evoluzione delle tecnologie in sviluppo e potrebbe in futuro coinvolgere gli stessi partner internazionali.

Rivelare le onde gravitazionali dalla luna: il progetto LGWA

La Lunar Gravitational-wave Antenna (LGWA) è un progetto altamente innovativo che punta a rivelare onde gravitazionali direttamente dalla Luna. Selezionato nel 2023 dall’ESA all’interno del Reserve Pool of Science Activities for the Moon, LGWA ha ottenuto la valutazione più alta tra tutte le proposte presentate. L’obiettivo scientifico è ambizioso: osservare segnali provenienti da sistemi binari compatti, dalle nane bianche della nostra galassia fino a buchi neri di massa enorme a distanze cosmologiche, oltre a studiare la struttura interna della Luna e comprendere i meccanismi alla base dei suoi fenomeni sismici. A seguito di questo riconoscimento, l’Agenzia Spaziale Italiana ha finanziato gli studi preparatori dei progetti a leadership italiana selezionati da ESA. LGWA è sviluppato da un consorzio guidato dal Gran Sasso Science Institute, che coinvolge l’Università di Camerino, l’Istituto Nazionale di Astrofisica, l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. L’idea di utilizzare la Luna stessa come rivelatore di onde gravitazionali risale agli anni Settanta, grazie al lavoro del fisico statunitense Joseph Weber, che contribuì alla realizzazione del Lunar Surface Gravimeter installato durante la missione Apollo 17. Sebbene quell’esperimento non abbia avuto successo a causa di un problema tecnico, oggi LGWA riprende e sviluppa quell’intuizione con tecnologie avanzate, con l’obiettivo di aprire nuove prospettive nell’astrofisica e nelle scienze planetarie. Attualmente le attività, finanziate da ASI, sono focalizzate sullo sviluppo tecnologico del payload lunare e sono iniziate le attività relative alla caratterizzazione del suolo lunare, attraverso la modellazione della propagazione delle onde sismiche, e sull’analisi scientifica dei segnali gravitazionali . Il finanziamento copre i primi due anni di studi preparatori, con la possibilità di estendere le attività oltre il 2027.

a cura di Ufficio Comunicazione INFN – COMUNICAZIONE ISTITUZIONALE E MEDIA