大氣層月球有一個非常稀薄、接近真空的大氣層，總質(zhì)量低于10公噸 。如此小的大氣質(zhì)量在月球表面產(chǎn)生的壓力大約是3×10-15atm(0.3nPa) ， 數(shù)值隨著月球一天的時間不同而改變 。月球大氣的來源包括出氣和濺射，如太陽風的離子轟極月球表面釋放出的原子 。過往曾經(jīng)檢測到由濺射產(chǎn)生的原子包括鈉和鉀 ， 相同的情況也曾在水星和木衛(wèi)一埃歐的大氣中發(fā)現(xiàn)過 。月球大氣的氦-4來自太陽風，氬-40、氡-222和釙-210則來自月球地函相關(guān)元素放射性衰變后的濺射 。但月球大氣中缺乏存在于月球表巖屑的氧、氮、碳、氫和鎂等自然元素的原子或分子，目前原因尚不清楚 。月船1號已經(jīng)在月球大氣中發(fā)現(xiàn)水蒸氣的存在 ， 其含量隨著月球緯度的不同而改變，大約在緯度為60-70度時水蒸氣的含量最高 。這些水蒸氣可能是由月球表面表巖屑的水冰升華而生成的 。月球大氣層的氣體有些被月球的重力吸引回到表巖屑，有些由于太陽的輻射壓 ， 或者被太陽風的電離后逃逸到太空中 。
月球
季節(jié)月球的轉(zhuǎn)軸傾角只有1.54°，遠小于地球的23.44 。。由于這個緣故，太陽照射對月球季節(jié)變化的影響很小 ， 反而是月球表面地形對季節(jié)變化有重要作用 。在2004年，約翰.霍普金斯大學的BenBussey博士率領(lǐng)的小組研究克萊芒蒂娜探測器在1994年獲得的影像，發(fā)現(xiàn)位于月球北極的皮爾斯環(huán)形山邊緣有4個區(qū)域在整個月球日中都被陽光所照亮 ， 形成永晝峰，而在月球南極地區(qū)沒有類似的區(qū)域 。而在極區(qū)的許多環(huán)形山底部是永久黑暗的，沒有受到陽光照射 。這些黑暗的環(huán)形山底部是極低溫的:月球勘測軌道飛行器在夏天的南極環(huán)形山底部測得的最低溫度是35K (-238 °C) ， 而在接近冬至時在北極測得埃爾米特環(huán)形山的溫度只有26K(-247 °C) 。這個溫度比冥王星的表面溫度還要低，是太空船在太陽系中所測得的最低溫度 。
水的存在月球的表面不存在液態(tài)水，因為太陽輻射會使水被光解并快速逸入太空 。但從1960年代以來 ， 科學家假設由彗星撞擊所帶來的水、或者來自太陽風的氫和含氧豐富的月巖反應所產(chǎn)生的水，都可能以冰的型態(tài)沉積下來，并在月球兩極撞擊坑低溫的永久陰影區(qū)留下可以追蹤得到的痕跡 。電腦模擬月面的永久陰影區(qū)約有14,000平方公里 。在月球上可用水的數(shù)量是一個重要的因素 ， 可以決定建設一個月球適居區(qū)計畫的成本效益，因為從地球運水到月球的費用極為昂貴 。
近年來，已經(jīng)在月球表面發(fā)現(xiàn)水的特征 。在1994年 ， 安裝在克萊門門汀號太空船的雙向雷達實驗，顯示有少量、冰凍的水存在接近表面的凹穴內(nèi) 。但是，后續(xù)使用阿雷西博天文臺的雷達觀測，又認為此發(fā)現(xiàn)可能是由新撞擊坑中的巖石近被撞擊的巖石噴出的 。在1998年 ， 月球勘探者攜帶的中子能譜計顯示，在極地附近深度1米的風化層存在著高濃度的氫 。在2008年，對一顆由阿波羅15號帶回的熔巖珠的分析，顯示有微量的水存在于球狀硅酸鹽玻璃內(nèi) 。
在2008年，印度的月船1號太空船使用在載月球礦物繪圖儀確認表面有水冰的存在 。分光計觀測在反射的陽光中偵測到羥基的通用吸收譜線，提供了有大量水冰在月球表面的證據(jù) 。太空船顯示濃度可能高達1000PPM 。在2009年，月球坑觀測和傳感衛(wèi)星送了個2,300 公斤的撞擊器到極區(qū)永久陰暗的環(huán)形山，并且從噴出的羽狀物質(zhì)中至少檢測到100公斤的水 。LCROSS另一個實驗的數(shù)據(jù)顯示偵測到的水量，更靠近155公斤(土 12公斤) 。
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