L'esplorazione della Luna comprende la ricognizione e lo studio fisico e scientifico del satellite naturale della Terra tramite osservazioni telescopiche, sonde robotiche ed equipaggi umani. Dopo secoli di studi astronomici basati sull'osservazione da terra (inaugurati nel 1609 dal lavoro pionieristico di Galileo Galilei), l'esplorazione spaziale vera e propria ebbe inizio nel 1959 con la sonda Luna 1, lanciata dall'Unione Sovietica nell'ambito dell'omonimo programma. La missione eseguì un sorvolo ravvicinato del satellite ma "mancò" la superficie, obiettivo che venne raggiunto il 13 settembre 1959 dalla successiva Luna 2. Nell'ottobre dello stesso anno, la sonda sovietica Luna 3 ottenne la prima immagine della faccia nascosta. Sempre all'Unione Sovietica spetta il primato del primo lander (Luna 9, 1966) e del primo orbiter (Luna 10, 1966).
Gli Stati Uniti risposero con i programmi Pioneer e Ranger e, soprattutto, con il Programma Apollo. Il 20 luglio 1969, con la missione Apollo 11, gli astronauti statunitensi Neil Armstrong e Buzz Aldrin compirono il primo storico atterraggio umano sulla superficie della Luna. Tra il 1969 e il 1972, il Programma Apollo fu l'unico a far sbarcare con successo esseri umani sul satellite, completando sei missioni sul lato visibile e riportando sulla Terra 381,7 kg di campioni rocciosi.
A seguito della conclusione del programma statunitense, l'esplorazione lunare subì una notevole battuta d'arresto per circa due decenni, per poi riprendere slancio a partire dagli anni novanta: prima nel 1990 con la missione giapponese Hiten, seguita nel 1994 dalla statunitense Clementine. Proprio l'individuazione di possibili tracce di ghiaccio d'acqua in prossimità dei poli lunari da parte di quest'ultima ha generato un rinnovato interesse che, negli anni duemila, ha condotto a nuove missioni robotiche internazionali promosse da Stati Uniti, Europa, Giappone, Cina e India. Fondamentali in questa fase recente sono stati i successi del programma cinese Chang'e, che nel 2019 ha realizzato il primo atterraggio morbido sul lato nascosto della Luna (Chang'e 4) e nel 2024 ne ha riportato sulla Terra i primi campioni (Chang'e 6).
Oggi l'obiettivo principale delle agenzie spaziali, tra cui quelle di Cina, Russia e Stati Uniti, è quello di riportare un equipaggio umano sulla superficie lunare e valutare l'opportunità di stabilirvi una base di ricerca permanente. In questo contesto si inserisce il programma Artemis della NASA che, a oltre mezzo secolo di distanza dall'era Apollo, si prepara a far viaggiare di nuovo l'essere umano oltre l'orbita terrestre. Il programma ha già posto le basi per la futura esplorazione spaziale profonda con la missione Artemis 2 (2026), che ha portato un equipaggio di 4 astronauti a superare i precedenti record di distanza dalla Terra, durante uno storico sorvolo intorno al satellite lunare.
Corsa alla Luna Nella seconda parte del XX secolo gli USA e l'URSS avevano sviluppato una forte rivalità (guerra fredda), che sarebbe sfociata nella Corsa allo Spazio, nata dunque dal volere di dimostrare la superiorità in campo ingegneristico della propria nazione.
L'esplorazione della Luna ebbe inizio nel 1959, quando la sonda sovietica Luna 2 impattò con la superficie lunare. Nello stesso anno, il 7 ottobre, la missione Luna 3 trasmise a Terra fotografie dell'allora mai vista faccia nascosta della Luna. Fu l'inizio di una serie decennale di esplorazioni lunari condotte da sonde automatiche.
In risposta al programma sovietico di esplorazione spaziale, il presidente degli Stati Uniti d'America John F. Kennedy dichiarò al Congresso il 25 maggio 1961: "io credo che questa nazione debba impegnarsi per raggiungere entro la fine del decennio l'obiettivo di portare un uomo sulla Luna e riportarlo sulla Terra". Nello stesso anno le autorità sovietiche annunciano pubblicamente la volontà di portare un equipaggio sulla Luna e di installarvi una base.
Nel 1962 John DeNike e Stanley Zahn pubblicarono la loro idea di una base sotto la superficie del Mare della Tranquillità. Una base per un equipaggio di 21 uomini posta a quattro metri di profondità, in modo da essere protetta dalle radiazioni solari in maniera analoga a come la Terra è protetta dall'atmosfera. Sostenevano inoltre la scelta dei reattori nucleari come fonte di energia perché più efficienti dei pannelli solari e funzionanti anche durante le lunghe notti lunari. Anch'essi prevedevano il ricorso a purificatori d'aria basati sulle alghe.
L'esplorazione della superficie da parte di esseri umani ebbe inizio con la missione Apollo 8, che nel 1968 orbitò attorno alla Luna con tre astronauti a bordo. Era la prima volta che occhi umani vedevano direttamente la faccia nascosta del satellite.
L'anno successivo il modulo Apollo 11 portò sulla superficie due astronauti, dimostrando la possibilità umana di viaggiare fino alla Luna, eseguire attività di ricerca e ritornare con campioni di suolo lunare. I primi esseri umani atterrarono sulla Luna il 20 luglio 1969. Era l'apice della corsa allo spazio, la gara tra URSS e Stati Uniti d'America ispirata dalla guerra fredda. Il primo astronauta a camminare sulla superficie lunare fu lo statunitense Neil Armstrong, comandante dell'Apollo 11. L'ultimo sarebbe stato, poco più di tre anni più tardi, lo statunitense Eugene Cernan, durante la missione Apollo 17, il 14 dicembre 1972.
L'equipaggio dell'Apollo 11 lasciò una targa di acciaio inossidabile, per commemorare lo sbarco e lasciare informazioni sulla visita ad ogni altro essere, umano o meno, che la trovi. Sulla targa c'è scritto:
La targa raffigura i due emisferi del pianeta Terra, ed è firmata dai tre astronauti e dall'allora presidente degli Stati Uniti Richard Nixon.
Le missioni successive proseguirono questa fase di esplorazione. Apollo 12 allunò vicino alla nave Surveyor 3 dimostrando la fattibilità di allunaggi di precisione. Dopo il quasi disastro dell'Apollo 13, la missione Apollo 14 fu l'ultima in cui gli astronauti rimasero in quarantena al loro rientro. La missione Apollo 15 fece uso di rover lunari e Apollo 16 fece il primo allunaggio sugli altopiani della Luna.
In totale gli sbarchi sulla Luna delle missioni Apollo furono 6 (Apollo 11, 12, 14, 15, 16 e 17), per un totale di 12 astronauti discesi sul nostro satellite; la missione Apollo 13 non atterrò sulla Luna a causa di un incidente durante il volo e le restanti previste missioni Apollo 18, 19 e 20 furono annullate per tagli di bilancio.
Dopo gli sbarchi del Programma Apollo, nessun essere umano ha più camminato sulla Luna.
L'interesse per l'esplorazione della Luna iniziava a calare presso il pubblico statunitense. Apollo 17 fu l'ultima missione, le successive vennero annullate dal presidente Nixon. L'attenzione si volse sullo Space Shuttle e sulle missioni con equipaggio nelle orbite basse. In risposta a questo cambio di direzione anche l'Unione Sovietica iniziò a lavorare ad un progetto di shuttle, benché negli anni settanta avesse portato a termine il Programma Luna con due rover automatici Lunochod che portarono sulla Luna varie strumentazioni e tre sonde spaziali che riportarono a Terra campioni di suolo lunare. La fine del programma lunare sovietico giunse infine nel 1976.
Nei decenni successivi l'interesse per l'esplorazione lunare è calato considerevolmente, lasciando solo pochi entusiasti a sostenere un ritorno.
Anni 1990 e 2000
La missione giapponese Hiten, lanciata nel 1990, è stata la prima appositamente dedicata all'esplorazione dalla conclusione del Programma Apollo nel 1972. In seguito alla individuazione di alcuni indizi sulla possibile presenza d'acqua in prossimità dei poli lunari (Clementine, NASA, 1994), negli anni 1990 e nei successivi anni 2000 è rinato un rinnovato interesse per l'esplorazione lunare.
La NASA nel 1998 ha lanciato la missione Lunar Prospector che avrebbe dovuto, tra le altre cose, confermare le osservazioni della sonda Clementine, tuttavia la missione non riuscì a dare una risposta definitiva.
Nel 2003 l'Agenzia Spaziale Europea ha lanciato la sonda SMART-1, la prima sonda europea per l'esplorazione della Luna. Missione prevalentemente tecnologica, ideata per testare la tecnologia del motore a ioni che avrebbe dovuto essere utilizzato nella missione BepiColombo, ha effettuato una ricognizione completa della superficie lunare, anche nei raggi X, e si è conclusa il 3 settembre 2006 con uno schianto controllato sulla superficie.
L'Agenzia Spaziale Giapponese ha lanciato il 14 settembre 2007 la sua seconda missione lunare, SELENE (Selenological and Engineering Explorer) o Kaguya, come è stata ribattezzata subito dopo il lancio. La missione ha dato un notevole contributo nella mappatura delle anomalie gravitazionali della Luna, grazie all'utilizzo di due piccoli satelliti che hanno affiancato lorbiter principale.
Nel frattempo, la Cina, con la sua agenzia spaziale ha espresso il proprio interesse all'esplorazione del satellite e l'intenzione di voler costruire una base sulla Luna. Gli Stati Uniti hanno allora risposto agli annunci del programma lunare cinese con l'intenzione di tornare con un equipaggio umano sulla Luna entro il 2020 e di realizzare sul lungo termine una base stanziale che faccia da trampolino per raggiungere Marte.
La Cina nel suo programma di esplorazione lunare ha pianificato lo studio del satellite per investigare le potenzialità di estrazione dell'elio-3, una possibile sorgente energetica per la Terra. L'orbiter Chang'e 1 è stato lanciato il 24 ottobre 2007. La missione ha avuto molto successo ed è stata estesa di ulteriori quattro mesi. La sonda è stata fatta impattare deliberatamente sulla superficie lunare.
Nel 2009 la NASA ha lanciato la missione Lunar Reconnaissance Orbiter, che ha creato una mappa tridimensionale ad alta risoluzione della superficie e ha trasportato la sonda da impatto LCROSS. L'impatto, avvenuto il 9 ottobre 2009 nei pressi del cratere Cabeo, ha permesso di studiare i detriti sollevati dalla collisione, e ha fornito ulteriori evidenze della presenza di acqua.
Anni 2010 e 2020
Il 1 ottobre 2010 è stato lanciato l'orbiter Chang'e 2, e tre anni più tardi la missione Chang'e 3 ha fatto atterrare nei pressi della regione Sinus Iridum il rover Yutu, il primo oggetto a compiere un atterraggio morbido lunare dalla sonda Luna 24 nel 1976. Il lander Chang'e 4, inizialmente progettato come sonda di riserva in caso di fallimento del predecessore, è stato destinato all'esplorazione della faccia nascosta della Luna, dove è atterrato con successo il 3 gennaio 2019, nei pressi del cratere Von Kármán. Il lander ha rilasciato sulla superficie il rover Yutu-2. La missione Chang'e 5, lanciata a novembre 2020 e costituita da un lander, un orbiter e un modulo di ascesa, ha prelevato e riportato sulla Terra con successo circa di rocce lunari. La missione Chang'e 6, lanciata il 3 maggio 2024, ha effettuato un ritorno di campioni dal lato nascosto della Luna, in particolare dal bacino Apollo, riportandoli sulla Terra il 25 giugno 2024, completando la seconda missione cinese di ritorno di campioni lunari e la prima dal lato nascosto della Luna.
L'agenzia spaziale indiana ha lanciato il 22 ottobre 2008 l'orbiter lunare Chandrayaan-1. La missione, della durata prevista di due anni, consisteva nel creare una mappa lunare tridimensionale e condurre una mappatura chimica e mineralogica della superficie e rilasciare la sonda Moon Impact Probe che è impattata sulla superficie il 14 novembre. Tra le varie scoperte scientifiche, la sonda ha confermato la presenza di molecole d'acqua nel suolo lunare.