Consiguió alunizar con el módulo de descenso (LM) bautizado «Antares» en la zona de Fra Mauro a 3,7º S 17,5º W llevando como tripulantes aAlan B. Shephard y Edgar D. Mitchell, mientras Stuart A. Roosa permanecía en el módulo de mando y servicio (CSM) llamado «Kitti Hawk».
Durante sus dos EVAs o paseos por la superficie de nuestro satélite (de 4,8 y 4,6 horas de duración, de un total de 33 horas y media de alunizaje), Shepard y Mitchell instalaron una estación científica, llamada ALSEP, y recogieron 43 kg de rocas y polvo lunar, empleando el vehículo manual MET, dejando sobre la superficie de nuestro satélite un paquete conteniendo la Biblia en microfilm, así como el primer versículo del Génesis en 16 lenguas.
Para estudiar las características del interior de la Luna, se hizo chocar contra ella la tercera fase del cohete Saturn, para que el impacto fuese registrado por los sismómetros dejados allí por las diferentes misiones Apolo, además de hacer explosionar sobre su superficie 13 cartuchos de explosivo de un total de 21 previstos. Del estudio de las ondas producidas por estas explosiones, se logró conocer mejor el interior de la Luna. Durante el regreso efectúan varios experimentos de mezclas en el vacío, consiguiendo nuevos compuestos inexistentes anteriormente.
La misión finalizó el día 9 de febrero tras efectuar un total de 34 órbitas lunares y 216 horas, 1 minuto y 56 segundos de vuelo.
Una de las anécdotas más curiosas de este vuelo la protagonizó Alan Shepard al llevar hasta la superficie lunar la cabeza de un palo de golf (que ocultó a los técnicos de vuelo) y con la que golpeó un par de bolas ante los asombrados ojos de medio mundo.
A petición del Servicio Forestal de los Estados Unidos, a través de Stuart A. Roosa, que había sido bombero forestal antes de ingresar en las fuerzas armadas, se incluyó en su equipaje personal, un contenedor con 450 semillas de distintas especies de árboles, para estudiar posteriormente, al plantarlas en la Tierra, si su desarrollo era distinto de otras semillas similares que no hubiesen abandonado el planeta (principalmente por las radiaciones a que se verían sometidas en el espacio). Éstas regresaron a la Tierra y germinaron con normalidad. En el año 1976, con motivo del Bicentenario de los Estados Unidos, los árboles originados por dichas semillas (conocidos como Árboles de la Luna, o Moon Trees), fueron plantados, en su mayor parte en suelo estadounidense, en instituciones públicas como hospitales, centros de investigación, universidades, etc. Algunos de los árboles fueron enviados al extranjero, a lugares tan dispares como Suiza, Brasil, e incluso uno que fue regalado a Hirohito, Emperador de Japón.
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