Les cartes et les images créées par une petite équipe d'UA au début de la course à l'espace ont ouvert la porte à l'exploration lunaire et planétaire il y a 50 ans.

Seule une poignée de personnes étudiaient sérieusement la lune lorsque le président John F. Kennedy a annoncé en 1961 que les Américains marcheraient sur sa surface d'ici la fin de la décennie. Parmi eux se trouvait un petit groupe de chercheurs de l'Université de l'Arizona.

L'équipe UA a imagé et cartographié la surface lunaire, ce qui leur a permis de comprendre la géologie de la lune et à la NASA de choisir des sites d'atterrissage pour les futures missions robotiques et Apollo. Gérard Kuiper, le père de la science planétaire moderne, a dirigé l'équipe et a créé le laboratoire lunaire et planétaire UA.

"Les astronomes classiques considéraient la lune comme une nuisance qui éclairait le ciel nocturne, rendant difficile l'étude des étoiles et galaxies les plus faibles, " dit William Hartmann, l'un des premiers étudiants diplômés de Kuiper et co-fondateur du Planetary Science Institute, ou PSI, à Tucson. Hartmann et le co-fondateur de PSI Don Davis, un autre ancien élève de l'UA, a également proposé que la lune soit née d'un impact géant avec la Terre. Leur théorie fait encore réfléchir aujourd'hui.

"À l'époque, les astronomes ne s'intéressaient qu'aux objets extérieurs à notre système solaire, " a déclaré Hartmann. " Pour la plupart des astronomes des années 1950, les planètes ne semblaient pas très intéressantes, et il n'y avait pas de techniques très utiles pour les étudier."

De plus, les cartes de la lune à l'époque étaient dessinées à la main, et les noms de nombreuses fonctionnalités sont restés en suspens.

Kuiper, déjà un chef de file en science planétaire au moment où il est arrivé à Tucson en 1960, a cherché à comprendre le voisin céleste de la Terre et a travaillé pendant des années pour créer plusieurs atlas lunaires avec les meilleures photographies de la lune.

Les atlas lunaires

Kuiper et son équipe ont collecté les meilleures photos télescopiques disponibles de la lune provenant d'observatoires du monde entier et les ont utilisées pour produire les deux premiers atlas tout en travaillant à l'observatoire Yerkes de l'Université de Chicago dans le Wisconsin. L'Atlas lunaire photographique et l'Atlas orthographique de la Lune, qui comprenait une grille de coordonnées, ont été publiés en 1960 et 1961, respectivement. Les astronomes les ont utilisés en observant la lune au télescope.

L'Atlas Lunaire Rectifié, publié en 1963 par l'University of Arizona Press, est allé plus loin. Le troisième atlas a permis aux humains pour la première fois de voir quelles caractéristiques sur les bords de la lune, appelés membres, ressemblait sans distorsion.

Pour y parvenir, Kuiper a monté un hémisphère blanc de 3 pieds de large au bout d'un couloir et y a projeté des photographies sur plaque de verre des meilleures images de la lune. Hartmann, un étudiant de première année à l'époque, a été chargé de prendre des photos de l'hémisphère sous différents angles. Les images résultantes ont révélé des caractéristiques lunaires telles qu'elles apparaîtraient du point de vue d'un astronaute volant au-dessus de sa tête.

Quatre ans plus tard, Kuiper a produit un autre atlas lunaire.

"L'Atlas lunaire consolidé de 1967 était le dernier de la série de Gerard Kuiper, " a déclaré Steve Larson, qui était l'un des assistants de recherche de premier cycle de Kuiper et est maintenant un scientifique senior au Laboratoire lunaire et planétaire de l'UA, ou LPL. Larson a créé le Catalina Sky Survey et a travaillé sous la direction de chaque directeur du LPL depuis la création du laboratoire.

Le quatrième atlas était composé des images de la plus haute résolution prises depuis le sol, dont la plupart ont été prises à l'aide du télescope de 61 pouces financé par la NASA, perché au sommet du mont Bigelow dans les montagnes Catalina au nord de Tucson. Le télescope est maintenant géré par l'observatoire Steward de l'UA et porte le nom de Kuiper.

"C'était notre projet principal pendant les deux premières années après la construction du télescope de 61 pouces, " Larson a déclaré. "Nous avons été financés par la NASA pour enregistrer des images haute résolution de la lune, mais nous avons aussi pris des images de Vénus, Mars, Jupiter et Saturne pour surveiller les changements d'atmosphère."

Kuiper et son équipe ont créé l'Atlas lunaire consolidé en focalisant soigneusement le télescope sur la lune et en prenant systématiquement des milliers de photos de films le long du terminateur de la lune, la frontière entre la lumière du soleil et l'obscurité. Au terminateur, la lumière du soleil frappe la lune à un angle faible, permettant aux scientifiques de capturer des variations subtiles de la topographie lunaire, dit Larson.

Mais le contraste élevé et l'éclairage spectaculaire près du terminateur de la lune ont rendu difficile l'imagerie des caractéristiques de la surface lunaire. Larson et John Fountain, étudiant de premier cycle, ont laborieusement éclairci les zones proches de l'ombre et atténué les parties les plus lumineuses de la surface à la main.

"C'était très analogique, " dit-il. " J'ai passé toute la saison de la mousson d'été dans la pièce sombre du sous-sol; Le soleil brillait quand je suis descendu, et quand je suis sorti, il y a des inondations partout."

Kuiper et son équipe ont inspecté, catalogué et classé chacun des plus de 8, 000 photos argentiques pour les réduire aux plus de 200 qui composent maintenant l'Atlas Lunaire Consolidé. Il a été publié par l'University of Arizona Press en 1967.

Atterrissage de l'aigle

À la fois, les dirigeants de la NASA savaient qu'ils devaient comprendre la surface de la lune en détail pour choisir un site d'alunissage. Est-ce que le lisse, des bandes sombres de la surface lunaire - appelées maria, qui signifie mers, comme les premiers observateurs pensaient qu'ils étaient des océans - avaler les astronautes dans la poussière ou les soutenir comme des océans de magma refroidis et solidifiés ?

"Quand la NASA décidait où atterrir, ils regarderaient l'une de ces empreintes. Voici un endroit avec peu de cratères qui est relativement plat, " Larson a déclaré en pointant vers le site d'atterrissage final d'Apollo 11, situé dans la mer de la tranquillité.

Il existe deux principaux types de terrain sur la lune, a déclaré Shane Byrne, professeur au LPL et directeur adjoint des sciences planétaires.

"La plupart des missions Apollo et la plupart des missions Surveyor (atterrisseur) sont allées à un seul type :la jument lunaire, les zones sombres de la lune, " Byrne a dit. " C'est plus doux et plus sûr d'atterrir là-bas, et c'était la motivation pour y envoyer les astronautes. Mais la majeure partie de la lune est couverte de zones lumineuses, les hauts plateaux lunaires, qui sont beaucoup plus rugueux, beaucoup plus cratérisé."

Avant les Hommes, Il y avait des robots

La NASA a préparé trois séries de vaisseaux spatiaux robotiques pour visiter la lune avant les astronautes :Ranger, Arpenteur et orbiteur lunaire.

La NASA a nommé Kuiper comme expérimentateur en chef, un poste aujourd'hui appelé chercheur principal, sur les missions des Rangers. Parmi l'équipe se trouvaient le planétologue de l'UA Ewen Whitaker et Eugene Shoemaker, qui a créé la branche astrogéologie du United States Geological Survey à Flagstaff, Arizona.

Ranger 1 a été lancé en août 1961 pour collecter des vidéos de plus en plus détaillées avant de s'écraser sur la lune. Les futures missions des Rangers ont échoué jusqu'au lancement en 1964 de Ranger 7, qui a atterri dans ce que Kuiper a surnommé Mare Cognitum, la mer qui est devenue connue. Whitaker a sélectionné les sites d'atterrissage pour Ranger 6 et 7.

La mission réussie de Ranger 7 a amélioré la résolution du détail lunaire 1, 000 fois plus, Kuiper a proclamé lors d'une conférence de presse peu de temps après que le vaisseau spatial ait atteint la lune.

Pour analyser les photographies, Kuiper s'est associé aux professeurs émérites de l'UA Robert Strom de LPL et Spence Titley, du Département de Géosciences. Titley a donné aux étudiants de Kuiper et aux astronautes de la NASA des cours intensifs de géologie et a recommandé les caractéristiques que les astronautes devraient photographier depuis l'orbite. Titley a également travaillé avec le U.S. Geological Survey en 1964 pour cartographier la lune à l'aide du télescope solaire McMath-Pierce sur Kitt Peak pour le programme Apollo.

Les missions Ranger ont été suivies par Surveyor 1, le premier des sept atterrisseurs lunaires sans pilote dans un programme qui s'est déroulé de juin 1966 à janvier 1968. Surveyor 1 a atteint la surface de la lune le 2 juin, 1966, et a renvoyé des photos panoramiques de ses voyages.

Le succès de Surveyor a rassuré les astronautes qu'ils ne seraient pas avalés par la poussière. Malgré le succès du programme Surveyor, La NASA n'avait aucun moyen de savoir où, exactement, sur la lune, le vaisseau spatial a atterri.

La NASA a publié ce qu'elle pensait être le bon site d'atterrissage dans le journal Science . Mais Whitaker a remarqué un écart, et après s'être penché sur les images prises par la NASA Lunar Orbiter, il a publié un emplacement alternatif pour Surveyor 1 dans le numéro de septembre de la revue.

"Whitaker a pu localiser la zone d'atterrissage en regardant les sommets des montagnes à l'horizon, " a déclaré Larson.

Les responsables de la NASA ont réalisé leur erreur et les compétences de Whitaker lui ont valu la tâche de localiser quatre autres sites d'atterrissage de Surveyor.

Whitaker a de nouveau prouvé ses prouesses sur la surface lunaire lorsqu'il a correctement localisé Apollo 11. La première mission habitée n'a pas atteint sa cible parce que le site était trop rocheux. L'atterrisseur transportant les deux hommes a parcouru quatre milles supplémentaires, presque à court de carburant avant d'atterrir. La NASA a analysé les photos prises depuis la surface et déterminé ce qu'elle croyait être le site d'atterrissage d'Apollo 11. Ewen a fait sa propre analyse, ce qui était contraire à l'emplacement de la NASA, et avait raison.

La NASA a ensuite cherché à démontrer un atterrissage précis avec Apollo 12 et a utilisé la position de Whitaker sur Surveyor 3 pour le faire. L'emplacement de Whitaker était si précis que les astronautes ont marché jusqu'à Surveyor 3.

Depuis les missions Apollo, l'UA a imagé la surface de Mars de manière très détaillée à l'aide de l'expérience scientifique d'imagerie à haute résolution à bord de Mars Reconnaissance Orbiter. L'UA a également dirigé l'équipe qui a photographié la surface de la lune Titan de Saturne sous les nuages ​​avec la sonde Cassini-Huygens. L'UA dirige également la mission de retour d'échantillons OSIRIS-REx vers l'astéroïde Bennu et cartographie et image actuellement la surface sombre pour choisir un site de collecte.