Молекула довольно быстро столкнётся с поверхностью, имеющей определённую температуру (скорость движения частиц). При взаимодействии молекула получит неслабый импульс - даже от холодной поверхности в среднем она отлетит со скоростью сотни метров - километры в секунду. Рано или поздно (и довольно быстро) она получит скорость, превышающую вторую космическую, - и адьё. Даже дожидаться прихода лунного дня не придётся...
(Более тяжёлые молекулы приобретут меньшую скорость, значительно не дотягивающую до v2к, и у них есть шансы задержаться у Луны подольше).