Оскільки маса Місяця незначна, газова оболонка навколо неї повинна бути дуже сильно розрідженій, т. Е. Практично відсутньої. Оптичні і радіоастрономічні спостереження з Землі підтвердили цей висновок.
Більш конкретні уявлення про місячну атмосфері дали дослідження з навколомісячної орбіти і безпосередньо на поверхні Місяця. Основними компонентами газової оболонки виявилися водень, гелій, неон і аргон. Звичайно, при крайній розрідженості місячної атмосфери можна говорити лише про окремі іони газів, присутніх в навколомісячному просторі.
Найбільша щільність місячної атмосфери спостерігається в нічний час (на темній стороні) і відповідає в перерахунку на щільність у поверхні сумарною концентрації іонів газів близько 2 • 10 5 см -3.
У денний час (на освітленій стороні) концентрація газів падає до 10 4 см -3 в перерахунку на щільність у поверхні. Ця величина складає всього лише 10 -13 концентрації молекул газів в земній атмосфері.
Однак у порівнянні з концентрацією часток в сонячному вітрі на відстані Землі від Сонця, вказане значення на три-чотири порядки більше. Тому ми з повним правом можемо говорити про наявність якоїсь газової оболонки навколо Місяця. Зрозуміло, оцінювати місячну атмосферу мірками таких щільних газів оболонок, як атмосфера Землі або Венери, не можна.
На відміну від складної будови названих атмосфер, місячна газове середовище складається тільки з одного шару - екзосфери. У щільних атмосфер (типу земної) цей шар самий верхній і з нього відбувається вільна диссипация газів в космічний вакуум.
Як загальна концентрація газів, так і концентрації основних компонентів атмосфери зазнають добові зміни. У таблиці 3 наводяться значення числа іонів в кубічному сантиметрі в денний і нічний час місячної доби для різних газів.
У таблиці представлені дані про молекулярному водні, оскільки атомарного водню в місячної атмосфері істотно менше.
Крім іонів аргону-40, були відзначені також іони аргону-36, максимальна концентрація яких досягає 3 • 10 3 см 3. а добові варіації мають той же характер, що у аргону-40. Були відзначені два сплеску підвищеної концентрації аргону-40 протягом місячної доби.
Розрідженість місячної атмосфери можна проілюструвати також значенням довжини вільного пробігу атомів і молекул. Розрахунки показують, що в процесі теплового руху кожна частка газу між двома послідовними зіткненнями c іншими частинками повинна подолати відстань вночі в 10 разів, а вдень в 100 разів більше, ніж радіус Місяця!
Тому взаємні зіткнення частинок не впливають на їх траєкторію в атмосфері. Ми можемо розглядати ідеальний випадок руху кожної окремої частки в гравітаційному полі Місяця, вважаючи, що початкова швидкість задається тепловим рухом.
Якщо швидкість теплового руху, яка на Місяці залежить від температури нагріву поверхні, не перевищує критичну (2,38 км / с), але більше першої космічної (для Місяця 1,68 км / с), то частка рухається по еліптичній орбіті, в одному з фокусів якої знаходиться центр Місяця.
Згідно з розрахунками днем водень вільно розсіюється в навколишньому просторі. Орбіти, по яких рухаються іони гелію, неону і аргону, мають такий вигляд, що частинки повертаються на місячну поверхню.
Відстань від початкової точки руху до точки, в якій частка знову зустрічається з поверхнею, для всіх інших газів скорочується в кілька разів у порівнянні з цим відстанню на денній стороні.
Таким чином, залетіти з денною боку на нічну частці газу в кілька разів легше, ніж перетнути термінатор в зворотному напрямку (рис. 7). Цією особливістю руху частинок в місячної атмосфері можна якісно пояснити більш високу нічну концентрацію іонів.