L'atmosphère de la Lune est extrêmement ténue et même insignifiante en comparaison de celle de la Terre. Sa densité n'excède pas le cent millionième de celle de la Terre, au niveau de la mer. En pratique, la Lune peut quasiment toujours être considérée comme entourée par le vide.
Les quantités diurnes moyennes d'éléments présents dans l'atmosphère lunaire, en atomes par centimètre cube, sont :
Argon : 40 000
Hélium : 2000-40000
Sodium : 70
Potassium : 17
Hydrogène : moins de 17
Cela correspond à un total d'environ 80 000 atomes par centimètre cube, quantité marginalement supérieure à celle postulée dans l'atmosphère de Mercure[4]. Bien qu'excédant largement la densité du vent solaire, qui est limitée à quelques protons par centimètre cube, cela reste virtuellement un vide en comparaison de l'atmosphère terrestre.
En effet, la Lune est souvent considérée comme dépourvue d'atmosphère, car elle n'absorbe pas de quantité mesurable de radiations, elle ne se décompose pas en couches et ne circule pas à la surface de la Lune. Elle nécessite une constante reconstitution de son contenu étant donné le taux élevé de dissipation (échappement) de ses atomes dans l'espace (le vent solaire et la pulvérisation cathodique ne sont pas les sources primaires de l'atmosphère terrestre, ni d'aucune atmosphère stable connue à ce jour).
En octobre 2017, des scientifiques du Marshall Space Flight Center de la NASA et du Lunar and Planetary Institute de Houston ont annoncé, sur la base d'études des échantillons de magma lunaire récupérés par les missions Apollo, que la Lune possédait autrefois une atmosphère relativement épaisse pendant une période de 70 millions d'années il y a entre 3 et 4 milliards d'années. Cette atmosphère, issue des gaz éjectés des éruptions volcaniques lunaires, était deux fois plus épaisse que celle de Mars actuellement. Elle faisait apparaître un ciel jaunâtre en raison de la présence de soufre[5]. Il a été théorisé que cette ancienne atmosphère aurait pu soutenir la vie, bien qu'aucune preuve de vie n'ait été trouvée[6]. L'ancienne atmosphère lunaire a finalement été arrachée par les vents solaires et s'est dissipée dans l'espace[7].
(en) S. Lawson, W. Feldman, D. Lawrence, K. Moore, R. Elphic et R. Belian, « Recent outgassing from the lunar surface: the Lunar Prospector alpha particle spectrometer », J. Geophys. Res., vol. 110, no E9, , E9009 (DOI10.1029/2005JE002433, lire en ligne)
(en) S. Alan Stern, « The Lunar atmosphere: History, status, current problems, and context », Rev. Geophys., vol. 37, no 4, , p. 453–491 (DOI10.1029/1999RG900005, lire en ligne)
Les atmosphères majeures sont en romaine (droite) ; les atmosphères mineures en italique. Les objets qui semblent ne pas avoir d'atmosphère notable, mais pour lesquels ce fait est discuté, apparaissent entre parenthèses.
