대기
지구의 대기권은 기체층으로 지표에서 고도 약 1000 km까지 존재한다. 주로 질소와 산소로 이루어져 있으며 그 외에 이산화탄소, 헬륨, 아르곤 등의 희소 기체가 포함되어 있다. 수증기를 제외한 공기 성분은 약 80 km까지 거의 일정하다.
베텔게우스
광구 위로 2~3 천문단위 주위에는 ‘분자 환경’으로 불리는 분자 층(層)이 있다. 연구결과에 따르면 이 층의 온도는 약 1500 ± 500켈빈이며 수증기, 일산화탄소로 이루어져 있다. 수증기는 1960년대 두 차례에 걸친 성층권 망원경 계획 때 감지된 바 있으나 수십 년 동안 무시되었다. 이외에도 분자 층에는 일산화탄소와 산화알루미늄이 발견되는데 이들은 먼지입자들이 생겨나는 것과 관련 있을 것이다.
광구 주위로 항성지름의 수 배(10~40 천문단위) 영역에는 ‘비대칭 가스층’으로 알려진 차가운 지역이 있다. 이 영역에는 산소 및 (탄소와 관련 있는) 질소 물질이 풍부하다. 이렇게 비정상적인 물질 조성을 보이는 이유는 항성 내부에서 CNO 순환 과정을 거친 물질들이 외곽 대기를 더럽히고 있기 때문이다.
1998년 찍은 전파망원경 사진으로 베텔게우스 주변에 매우 복잡한 구조의 대기가 존재함이 증명되었는데 유효온도는 3,450 ± 850켈빈이었다. 이는 항성 표면 온도와 비슷하나, 같은 장소의 항성주위 기체보다는 훨씬 낮은 값이었다. 또한 VLA 망원경의 사진들은 이 낮은 온도의 가스가 바깥쪽으로 뻗어나갈수록 서서히 차가워지는 것을 보여준다. 예상외로 이 가스층이 베텔게우스의 대기 중 가장 큰 부피를 차지함이 밝혀졌다. 제레미 림은 이렇게 말했다. “이 가스층은 적색 초거성의 대기에 대한 우리의 기본적인 지식을 바꾸어 놓는 것입니다. 항성 근처에서 가스가 가열되어 대기가 균일하게 팽창하는 것 대신에, 지금 여러 개의 거대한 대류환이 가스를 항성 표면으로부터 대기로 순환시키고 있는 것으로 보입니다.” 2009년 커벨러는 항성 남서쪽으로 광구 반지름 6배까지 뻗어 있고 탄소·질소가 (아마도) 포함된 ‘밝은 기둥’이 있다고 주장했는데, VLA의 사진은 커벨러가 찾은 기둥과 같은 곳을 찍은 것이다.