Die Masse eines Planeten ist die Größe, welche das Ausbilden einer Atmosphäre bestimmt. So haben die massereichen äußeren Planeten unseres Sonnensystems riesige Atmosphären aus Wasserstoff, Helium, Ammoniak und Methan. Die inneren Planeten dagegen haben schwach ausgebildete Atmosphären, wobei die schwereren Gase Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid die Hauptrolle spielen. Bei noch kleineren Objekten, wie beispielsweise dem Erdmond, reicht die Gravitationskraft nicht mehr aus, Gase dauerhaft zu binden.

Es gibt jedoch eine flüchtige Atmosphäre aus Atomen, die durch Mikrometeoriten, durch Ionen des Sonnenwindes oder durch Photonen aus dem Gestein der Mondoberfläche herausgeschlagen worden sein könnten. Sie könnte aber auch durch die Verdampfung von Atomen von der heißeren, erleuchteten Oberfläche gebildet worden sein.

Durch Beobachtungen im Wellenlängenbereich der Elemente Natrium und Kalium können die Eigenschaften dieser dünnen Atmosphäre verfolgt werden, was wichtige Einsichten in deren Entstehung und Erhaltung geben kann. Zwar sind spektroskopische Aufnahmen der niedrigen Atmosphäre zu jeder Mondphase möglich, Aufnahmen der ausgedehnten Atmosphäre gelingen jedoch nur unter besonderen Umständen. Nahe Neumond ist der Himmel zur Beobachtungszeit noch zu hell, nahe Vollmond überstrahlt das gestreute Licht der abgedeckten Mondscheibe das eigentliche Beobachtungsobjekt. Eine günstige Gelegenheit bietet hier eine totale Mondfinsternis, bei welcher der Mond vollständig in den Erdschatten eingetaucht ist, die Mondatmosphäre aber noch von der Sonne beschienen wird.

Um nun die zirkumlunare Natriumverteilung zu erhalten, werden mehrere Aufnahmen benötigt: eine Aufnahme in der Natriumwellenlänge, die nebenbei auch noch störendes Streulicht enthält und eine außerhalb dieses Wellenlängenbandes. Durch Subtraktion erhält man ein Bild der Natriumverteilung aus lunaren und irdischen Quellen. Ein drittes Bild, bei welchem das Teleskop nicht auf den Mond zeigt, liefert den Beitrag der irdischen Quellen. Durch eine letzte Subtraktion erhält man so die gewünschten Daten.

Die von M. Mendillo und J. Baumgardner (Nature 377, 404 [1995]) im November 1993 während einer totalen Mondfinsternis beobachtete Natrium-Atmosphäre war bei Vollmond beträchtlich weiter ausgedehnt als erwartet - sie erstreckte sich zu mindestens neun Mondradien. Die gemessene Helligkeitsverteilung läßt nun Rückschlüsse auf die Entstehung der Atmosphäre zu. Nach den Autoren ist sie unvereinbar mit Quellen, die entweder solaren Wind oder Mikrometeoriten einschließen. Es verbleiben Photon-Sputtering oder thermische Verdampfung als bevorzugte Erklärungen für die Mondatmosphäre. Dies läßt vermuten, daß auch die flüchtigen Atmosphären anderer einfacher Körper, wie z.B. Merkur, durch das Sonnenlicht erzeugt werden.