Às 10h32 do dia 16 de julho de 1969, a nave Apollo 11, impulsionada pelo foguete Saturno V, foi lançada da plataforma 39 do Centro Espacial Kennedy, na Flórida, rumo à Lua. A bordo da nave, os astronautas Neil A. Armstrong (comandante da missão), Michael Collins e Edwin "Buzz" Aldrin. O veículo espacial era dividido em duas partes, o Módulo de Comando e Serviço, chamado Columbia, e o Módulo Lunar, apelidado de Eagle. O primeiro continha o centro de controle da nave e os elementos que permitiam a vida dos três astronautas no espaço. Já o Módulo Lunar, com capacidade para dois tripulantes, foi o que efetivamente pousou no solo do satélite.
Depois de quatro dias de viagem, o Eagle, com Neil Armstrong e Edwin Aldrin a bordo, pousa na Lua. O local escolhido para alunissagem foi uma área no sul da região lunar conhecida como Mar da Tranquilidade, que sondas robóticas tinham analisado e considerado relativamente plana e pouco acidentada anos antes. A ideia era evitar que os astronautas tivessem grandes problemas com o pouso e nas caminhadas lunares.
Durante a descida, alguns sustos: o computador de bordo do Módulo Lunar deu uma série de alarmes, por causa da incapacidade da máquina, um bocado primitiva para os padrões de hoje, de lidar com todos os dados que estava recebendo ao mesmo tempo - algumas das tarefas do computador tinham de ser adiadas. No fim da descida, os astronautas Armstrong e Aldrin só tinham 25 segundos de combustível sobrando para o trajeto.
Às 23h56, como já estava estabelecido, Armstrong deu o primeiro passo de um homem na Lua. Suas primeiras palavras foram: "Este é um pequeno passo para o homem, um grande salto para a humanidade". Armstrong testa colocar o pé no chão. "A superfície é fina e empoeirada", disse ele no rádio. "Ela realmente gruda em camadas finas, como carvão em pó, às solas e às laterais das minhas botas. Só afundei uma fração de polegada, talvez um oitavo de polegada. Mas posso ver as pegadas das minhas botas e as marcas nas partículas finas e arenosas".
Após 19 minutos, Edwin E. Aldrin Jr. se juntou a ele na superfície lunar. Naquele dia histórico, a primeira ação de um ser humano na Lua foi uma discreta comunhão presbiteriana. O piloto do Módulo Lunar da nave Apollo 11, Edwin "Buzz" Aldrin, tinha levado a Eucaristia preparada pelo pastor de sua igreja no Texas. Antes da comunhão, Aldrin pediu que "todos os que estiverem ouvindo" a primeira transmissão de rádio lunar "agradecessem, cada um à sua maneira" pela chegada de seres humanos ao satélite natural da Terra.
O astronauta plantaram uma bandeira norte-americana, prepararam três instrumentos científicos para coletar dados nos meses após a partida deles, e coletaram amostras de rocha e solo. Na bagagem, Neil Armstrong também levou uma placa com um mapa da Terra e a assinatura do então presidente Richard Nixon onde proclamava: "Aqui homens do planeta Terra colocaram pela primeira vez os pés na Lua; Julho de 1969; Nós viemos em paz por toda a humanidade".
A caminhada lunar durou duas horas e 21 minutos no Mar da Tranqüilidade.
No dia seguinte, eles voltaram para órbita lunar, juntando-se a Michael Collins que havia ficado no módulo de comando esperando a missão de caminhada na Lua. Os astronautas voltaram à Terra, caindo no Oceano Pacífico no dia 24 de julho.
O retorno marcava o cumprimento de uma promessa feita por John F. Kennedy, em 1961: "Acredito que esta nação deve se comprometer em, antes que a década acabe, colocar um homem na Lua e trazê-lo em segurança de volta à Terra".
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