月球上是有大气的，只是非常稀薄，不足以用于呼吸。自20世纪80年代以来，天文学家就观察到月球表面有一层非常薄的原子在弹跳。严格来说，这层若有似无的大气层应被称为“外逸层”。科学家认为它很可能是某种太空风化的产物，只是一直以来他们都无法确定它的形成具体是由什么过程导致的。
在一项新发表于《科学进展》的研究中，一组科学家在分析了由阿波罗任务带回的月球土壤样本后，确定使月球大气层形成并维持下去的主要过程是“碰撞气化”。所谓碰撞气化，指的是当陨石的撞击激起了月球上的土壤时，会在接触时使某些原子气化，并将颗粒抛入空气中。这些原子中的一部分可能被喷射到太空中，还有一部分则可能悬浮在月球上空，形成稀薄的大气层。
离子溅射则是一种与太阳风（从太阳携带高能带电粒子穿过太空）有关的现象。当这些粒子撞击月球表面时，可以将能量传递给土壤中的原子，并使这些原子溅射并飞入空气中。根据LADEE的数据，研究人员发现，这两个过程似乎都对月球大气的形成起到了作用。
例如，在陨星雨期间，大气中会存在更多的原子，这意味着碰撞的确是会产生效应的；但与此同时，当月球被太阳遮挡时，比如在日食期间，大气中的原子数量也会发生变化，这意味着太阳也会产生效应。
为了更精确地确定月球大气的起源，他们分析了阿波罗任务期间宇航员收集的10份月球土壤样本，每份样本的含量约为100毫克。他们首先从每份样品中分离出两种元素——钾（K）和铷（Rb）。这是两种易挥发的元素，这意味着它们很容易因为碰撞和离子溅射而气化。研究人员推断，如果月球的大气是由已经气化并悬浮在空气中的原子组成的，那么更轻的同位素原子应该更容易被释放出来，更重的同位素则更有可能回到土壤中。
研究人员分析了阿波罗号带回的土壤。他们将土壤粉碎成细致的粉末，然后将粉末溶解在酸中，净化并分离出含有钾和铷的溶液。接着，他们用质谱仪对这些溶液进行测量，分析每份样品中的钾和铷的各种同位素含量。分析结果表明，土壤中所含的主要是钾和铷的重同位素。研究人员对钾和铷的重同位素与轻同位素的比例进行了计算，通过比较这两种元素，他们量化了这两个过程的作用。
他们认为，碰撞气化很可能是导致月球大气形成的主要过程，碰撞气化与离子溅射的相对贡献之比至少是70比30。换句话说，至少有70%的月球大气是陨石撞击的产物，而剩下的30%是太阳风的结果。通过碰撞气化，大多数原子将留在月球大气中，而通过离子溅射，许多原子将会被喷射到太空中。他们的分析表明，在月球近45亿年的历史里，月球表面不断受到陨石的撞击。
首先是被一些巨大的陨石撞击，然后是在更近的时间被一些更小的、尘埃大小的“微流星体”撞击。随着月球表面不断地受到陨石的撞击，大气不断得到补充。
有科学家认为，这一发现超越了对月球历史的理解，因为这样的过程还可能会发生在其他卫星和小行星上。这一发现有助于我们更清晰地描绘太阳系的形成和演化。研究人员将这一成功归功于阿波罗号带回的样本。他们指出，从月球和其他行星带回样本是至关重要的，如果没有这些样本，就无法获得精确的数据并进行定量测量，也就无法更详细地了解背后的机制。