我觉得题主可能忽视了月球拥有大气层背后代表的意义，那就是月球必须先极大地增重，然后才配拥有大气层。
现在的月球的质量太小，不足以拥有维护稳定大气层的引力场。我们来算一下。
一个星球想要拥有大气层的前提之一，是要保持气体分子在星球上的运动速度远小于星球的逃逸速度。我们下面计算月球上不同气体的运动速度和月球的逃逸速度。
当物体的动能等于其重力势能时，其对应的速度就可以使物体逃逸，这个速度满足：
1/2mv^2 = GMm/r
其中，m 这里代表气体分子的质量， M 是月球的质量，大概是 7.34767x10^22 kg，G 是引力常数，r 是质心之间的距离，按月球半径算为 1737400 m。
所以，可以得到月球的逃逸速度是
相对比咱们得地球，这个速度就小太多了，地球的逃逸速度是 11.2 km/s
所以，任何碰巧以大于 2375.2 m/s 的速度向上飞行的气体分子都将逃离月球并且不会返回。
这就引出了另外一个计算，气体分子的传播速度有多快。
这就要提到，麦克斯韦 - 玻尔兹曼分布，即 Maxwell-Boltzmann Distribution，如下图。它描述了气体分子在不同速度下的概率分布。根据这个分布，在热平衡状态下，某一速度对应的分子数目可以表示为：
根据这个分布，我们可以得到，气体分子的平均速度，均方根速度等不同速度。常用的气体速度是其均方根速度，表示为：
我们可以根据此式，计算不同气体分子在月球上的运动速度。月球上的温度范围在 -173°C 到 127°C，我们算一下 100°C ，即 400.15K，氧气分子和氢气分子的运动速度。
氧气分子的摩尔质量是 32g/mol，对应的氧气分子的质量
，
玻尔兹曼常数
代入上面的均方根公式可以得到，氧气的运动速度是
类似的，氢气的均方根运动速度是：
相比较于月球的逃逸速度 2375.2，两者都接近，尤其是氢气。值得一提的是，计算这个速度是氧气和氢气运动速度的均方根速度，实际中，分子有时会快于，有时会慢于这个速度，一旦这个速度超过了逃逸速度，那么就会离开月球，在漫长的月球演化历史中，结果就是几乎所有的气体都逃离了月球。理论上，月球也是有大气层的，但是非常非常稀薄。
好了， 说了这么多，想说明一点，按照题目中的假定，月球拥有了大气层，其实，背后隐含的意义是月球的质量变大了，这样才足以支撑大气层的存在，气体分子不足以快速的逃离。
那么问题就是，月球变大，拥有了大气层后，会有什么影响呢？
首先，就是地球上会形成超级大海啸，沿海地区已经不再适合人类居住。
而且，会导致潮汐摩擦效应增强，这会加速地球的自转减慢，也就是一天的长度逐渐变长。
另外，月球的轨道也会由于其质量变化而逐渐更加接近地球，或者更加椭圆。这可能是对人类致命的。
先写到这吧，点个赞吧～
因为回答了几个 @知乎科学 举办的 脑洞发问局 的问题，不少评论（ @云海看星辰@二阶连续可导@坏了的 venture@讣告@温水煮呆蛙 ）在讨论，这些脑洞问题没有意义。这里一并做一下解释：
很多物理公式都是基于大量实验观测数据或者理论推导，当这样一个单一的公式冷冰冰的摆着大家面前的时候，是抽象的，是很难产生兴趣的，甚至是枯燥的。我回答和提出这些脑洞问题的初衷之一，是希望通过一个个有趣的脑洞问题，把这些本身抽象化的公式，实例化，趣味化，帮助大家接受。
比如，上面这样一个完全不可能的脑洞问题，就向大家传递了一个抽象的物理公式：麦克斯韦 - 玻尔兹曼分布。如果真的有本物理书摆在你面前写了麦克斯韦 - 玻尔兹曼分布，你可能看都不看一眼，但是因为有了这样一个有趣的题目，至少你看了这个公式，甚至了解了这个公式是干什么的。
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