在地球的周围，环绕着生物赖以生存的大气层，但是，月球上却没有大气层，为什么呢？关于这个问题，我们需要先了解一下大气的存在条件。
空气是由分子组成的，而分子总是胡乱地朝四面八方快速运动。分子在0℃时的平均运动速度大概是0.5千米/秒，这相当于子弹出膛后的速度。但由于地球引力的存在（分子所有的运动几乎都消耗在了抵抗这个引力上），空气中的分子被束缚在了地面上。
速度v和重力加速度g之间有下列关系：
其中，h为高度。如果在接近地球的表面有一群分子以0.5千米/秒的速度竖直向上运动，那么，我们就可以通过上面的式子计算出这些分子到达的高度（取g=10米/秒2），即：
则有
你可能会对这个结果感到困惑：要是空气分子只能飞行到12.5千米的高度，那在这个高度以上的空气分子又是从何而来呢？即便在500千米的高空，仍然存在着少量的。这些氧气分子是怎么到达500千米的高空，并且一直在这个高度上存留的呢？实际上，前面分析的数字是所有空气分子的平均数。实际情况下分子的运动速度都不相同，有的运动非常快，有的却非常缓慢，但绝大多数分子的运动速度都处于中间值。用具体的数字来说明就是：如果把一定体积的氧气放于0℃的环境中，那么，分子速度在200～300米/秒的占17％；速度是400～500米/秒和300～400米/秒的部分，各占20％；速度在600～700米/秒的分子大概占了9％；700～800米/秒的有8％；只有1％能达到1300～1400米/秒，此外，还有非常少的分子达到3500米/秒的速度，不过它们只占不到1/1000000的比例。根据前面的公式，
，所以，
米，大概为600千米。也就是说，那些速度最快的分子完全有可能飞到600千米的高度。
虽然这部分速度最快的分子可以飞到600千米的高空，但这一速度并不足以使它们脱离地球引力的束缚。不管是氧气、二氧化碳、氮气，还是水蒸气，要想脱离地球的引力，它们的速度至少要达到11千米/秒才行。哪怕是质量最轻的氢气，速度减少到原来一半需要的时间大概是数万年。这就是地球能吸引住大气层的原因。
下面，我们再来分析一下月球上为什么没有大气。前面提到，地球之所以可以留住空气分子，主要是因为地球引力的影响，但在月球上，重力只是地球的
。也就是说，只要消耗在地球上
的力气，空气分子就可以摆脱月球的引力，通过计算可得出，这时分子的速率只要大于2360米/秒，就可以飞到太空当中，其实，在普通的温度下，大气中氧气和氮气分子的速度就可能完全大于2360米/秒。根据气体分子速度的分配定律，在速度极快的分子飞散后，速度慢的空气分子也能获得临界速度，从而挣脱月球的束缚，所以，在月球上，大气层根本待不住。在一颗行星上，如果大气分子的平均速度达到临界速度的,
在月球上就是790米/秒，那么，几个星期之后，大气分子就会完全消散掉，只有当空气分子的速度在临界速度的
以下时，它才能留在行星的表面。根据这一点，我们可以得出，在一些小行星或者行星的大多数卫星上，由于重力不够大，它们上面很难有大气存在。
有些天文学家曾经想把月球改造一下，通过人工的方法合成大气，使月球成为适合人类居住的“第二地球”。但是，月球环境是根据物理法则、经历漫长时间形成的，“改造”它谈何容易。
