Kartorna och bilderna som skapades av ett litet UA-team i början av rymdkapplöpningen öppnade dörren för mån- och planetutforskning för 50 år sedan.

Bara en handfull personer studerade månen på allvar när president John F. Kennedy 1961 tillkännagav att amerikaner skulle gå på dess yta vid slutet av decenniet. Bland dem fanns en liten grupp forskare vid University of Arizona.

UA-teamet avbildade och kartlade månytan, vilket gjorde det möjligt för dem att förstå månens geologi och NASA att välja landningsplatser för framtida robot- och Apollo-uppdrag. Gerard Kuiper, den moderna planetvetenskapens fader, ledde laget och etablerade UA Lunar and Planetary Laboratory.

"Klassiska astronomer betraktade månen som ett irritationsmoment som lyste upp natthimlen, gör det svårt att studera de svagaste stjärnorna och galaxerna, sade William Hartmann, en av Kuipers första doktorander och medgrundare av Planetary Science Institute, eller PSI, i Tucson. Hartmann och PSI medgrundare Don Davis, en annan UA-alumn, föreslog också att månen föddes från ett gigantiskt nedslag med jorden. Deras teori leder fortfarande tänkandet idag.

"Då, astronomer var bara intresserade av objekt utanför vårt solsystem, ", sa Hartmann. "Till de flesta 1950-talsastronomer, planeterna verkade inte särskilt intressanta, och det fanns inte särskilt användbara tekniker för att studera dem."

Dessutom, månkartor på den tiden ritades för hand, och namnen på många funktioner förblev osäkra.

Kuiper, redan ledande inom planetvetenskap när han anlände till Tucson 1960, försökte förstå jordens himmelska granne och arbetade i flera år för att skapa flera månatlaser med de bästa fotografierna av månen.

Månatlasen

Kuiper och hans team samlade de bästa tillgängliga teleskopbilderna av månen från observatorier runt om i världen och använde dem för att producera de två första atlaserna medan de arbetade vid University of Chicagos Yerkes Observatory i Wisconsin. Den fotografiska månatlasen och månens ortografiska atlas, som inkluderade ett koordinatnät, publicerades 1960 och 1961, respektive. Astronomer använde dessa när de observerade månen teleskopiskt.

The Rectified Lunar Atlas, publicerad 1963 av University of Arizona Press, gick ett steg längre. Den tredje atlasen gjorde det möjligt för människor för första gången att se vilka egenskaper som finns på månens kanter, kallas lemmar, såg ut utan förvrängning.

För att åstadkomma detta, Kuiper monterade en 3 fot bred vit halvklot i slutet av en korridor och projicerade fotografier av glasplatta av de bästa bilderna av månen på den. Hartmann, en förstaårsstudent vid den tiden, fick i uppdrag att ta bilder av halvklotet från olika vinklar. De resulterande bilderna avslöjade månens drag som de skulle se ut ur perspektivet av en astronaut som flyger ovanför.

Fyra år senare, Kuiper producerade ännu en månatlas.

"1967 års Consolidated Lunar Atlas var den sista i serien av Gerard Kuiper, sa Steve Larson, som var en av Kuipers forskarassistenter på grundutbildningen och nu är senior forskare vid UA Lunar and Planetary Laboratory, eller LPL. Larson etablerade Catalina Sky Survey och har arbetat under varje LPL-direktör sedan labbet startade.

Den fjärde atlasen bestod av bilder med högsta upplösning tagna från marken, varav de flesta togs med det NASA-finansierade 61-tums teleskopet uppe på toppen av Mount Bigelow i Catalinabergen norr om Tucson. Teleskopet sköts nu av UA:s Steward Observatory och bär Kuipers namn.

"Det var vårt huvudprojekt de första åren efter konstruktionen av 61-tums teleskopet, " sa Larson. "Vi finansierades av NASA för att spela in högupplösta bilder av månen, men vi tog också bilder av Venus, Mars, Jupiter och Saturnus för att övervaka förändringar i atmosfären."

Kuiper och hans team skapade Consolidated Lunar Atlas genom att noggrant fokusera teleskopet på månen och systematiskt ta tusentals filmfoton längs månens terminator, gränsen mellan solljus och mörker. Vid terminatorn, solljus träffar månen i en låg vinkel, gör det möjligt för forskarna att fånga subtila variationer i månens topografi, sa Larson.

Men den höga kontrasten och den dramatiska belysningen nära månens terminator gjorde det svårt att avbilda månens yta. Larson och grundutbildningen John Fountain gjorde mödosamt ljusare områden nära skugga och dämpade de ljusare delarna av ytan för hand.

"Det var väldigt analogt, " sa han. "Jag tillbringade hela sommarens monsunsäsong nere i det mörka rummet i källaren; Solen sken när jag gick ner, och när jag kom ut svämmade det överallt."

Kuiper och hans team inspekterade, katalogiserade och graderade var och en av de fler än 8, 000 filmfoton för att sänka dem till de över 200 som nu omfattar Consolidated Lunar Atlas. Den publicerades av University of Arizona Press 1967.

Landar örnen

På samma gång, ledare på NASA visste att de behövde förstå månens yta i detalj för att välja en landningsplats. Skulle den släta, mörka strängar av månens yta – kallad maria, vilket betyder hav, eftersom de tidigaste observatörerna trodde att de var hav – svälja astronauterna i damm eller stödja dem som kylda och stelnade hav av magma?

"När NASA beslöt var de skulle landa, de skulle titta på ett av dessa tryck. Här är en plats med inte många kratrar som är relativt platt, " sa Larson när han pekade på den sista landningsplatsen för Apollo 11, ligger i Stillhetens hav.

Det finns två huvudtyper av terräng på månen, sa LPL-professorn och planetarisk vetenskapsassistentdirektör Shane Byrne.

"De flesta av Apollo-uppdragen och de flesta av Surveyor-uppdragen (landare) gick till en typ:månstoet, månens mörka områden, " sa Byrne. "Det är smidigare och säkrare att landa där, och det var motivationen till att skicka astronauterna dit. Men större delen av månen är täckt av de ljusa områdena, månens högland, som är mycket grövre, mycket mer kraterad."

Före män, Det fanns robotar

NASA förberedde tre serier av robotfarkoster för att besöka månen före astronauterna:Ranger, Surveyor och Lunar Orbiter.

NASA utsåg Kuiper till chefsexperimentator, en tjänst som idag kallas huvudutredare, på Ranger-uppdragen. Bland teamet fanns UA planetforskare Ewen Whitaker och Eugene Shoemaker, som skapade astrogeologigrenen av United States Geological Survey i Flagstaff, Arizona.

Ranger 1 lanserades augusti 1961 för att samla in video med allt större detaljrikedom innan den kraschlandade på månen. Framtida Ranger-uppdrag misslyckades fram till lanseringen av Ranger 7 1964, som landade i vad Kuiper kallade Mare Cognitum, havet som har blivit känt. Whitaker valde landningsplatserna för Ranger 6 och 7.

Det framgångsrika Ranger 7-uppdraget förbättrade upplösningen av måndetalj 1, 000 gånger om, Kuiper proklamerade vid en presskonferens strax efter att rymdfarkosten nådde månen.

För att analysera fotografierna, Kuiper samarbetade med UA-professorerna emeritus Robert Strom från LPL och Spence Titley, vid institutionen för geovetenskap. Titley gav Kuipers elever och NASA:s astronauter snabbkurser i geologi och rekommenderade funktioner som astronauterna skulle fotografera från omloppsbana. Titley arbetade också med U.S. Geological Survey 1964 för att kartlägga månen med hjälp av McMath-Pierce Solar Telescope på Kitt Peak för Apollo-programmet.

Ranger-uppdragen följdes av Surveyor 1, den första av sju obemannade månlandare i ett program som pågick från juni 1966 till januari 1968. Surveyor 1 nådde månens yta den 2 juni, 1966, och skickade tillbaka panoramabilder från sina resor.

Surveyors framgång försäkrade astronauterna att de inte skulle sväljas av damm. Trots framgången med Surveyor-programmet, NASA hade inget sätt att veta var, exakt, på månen rymdfarkosten landade.

NASA publicerade vad de trodde var den korrekta landningsplatsen i tidskriften Vetenskap . Men Whitaker märkte en diskrepans, och efter att ha granskat bilder tagna av NASA Lunar Orbiter, han publicerade en alternativ plats för Surveyor 1 i tidskriftens septembernummer.

"Whitaker kunde peka ut landningsområdet genom att titta på bergstoppar vid horisonten, sa Larson.

NASA-tjänstemän insåg sitt misstag och Whitakers färdigheter gav honom uppgiften att hitta ytterligare fyra landningsplatser för Surveyor.

Whitaker bevisade återigen sin skicklighet på månens yta när han korrekt lokaliserade Apollo 11. Det första bemannade uppdraget träffade inte sitt avsedda mål eftersom platsen var för stenig. Landern med de två männen kryssade ytterligare fyra mil, nästan slut på bränsle innan den landade. NASA analyserade bilder tagna från ytan och bestämde vad de trodde var Apollo 11:s landningsplats. Ewen gjorde sin egen analys, vilket stred mot NASA:s plats, och var korrekt.

NASA försökte sedan demonstrera en exakt landning med Apollo 12 och använde Whitakers plats för Surveyor 3 för att göra det. Whitakers läge var så perfekt att astronauterna gick till Surveyor 3.

Sedan Apollo-uppdragen, UA har avbildat Mars yta i detalj med hjälp av High Resolution Imaging Science Experiment ombord på Mars Reconnaissance Orbiter. UA ledde också teamet som avbildade ytan av Saturnus måne Titan från under molnen med Cassini-Huygens-sonden. UA leder också OSIRIS-REx-provreturuppdraget till asteroiden Bennu och kartlägger och avbildar för närvarande den mörka ytan för att välja en insamlingsplats.