Метеорит - не самая большая проблема.
    Если сфера окажется достаточно упругой, то он, даже если долетит до лунной поверхности, тут же стремительным темпом направится в противоположном направлении. Но вряд ли внутреннее давление воздуха позволит сфере настолько деформироваться.
    Настоящая проблема - это именно давление воздуха.
    Если оно будет достаточно сильным, как и требуется для имитации земного атмосферного давления, то через какое-то время может остановить вращение сферы.
    Ведь для предотвращения перегрева и переохлаждения лунной поверхности сфера должна вращаться. Периодически заслоняя перегретые участки лунной поверхности от Солнца и освещая переохлаждённые участки лунной поверхности отражённым солнечным светом. Для этого она должна вращаться быстрее, чем Луна, а следовательно - быстрее, чем лунная атмосфера. Между лунной атмосферой и защитной сферой возникнет трение, способное остановить сферу.
    Разумеется, вращение сферы можно время от времени подстёгивать. При помощи, скажем так, искусственных мер.
    Но мне хотелось бы сделать систему по возможности саморегулирующейся.
    Увы, единственное, что мне пока приходит в голову - это обойтись вообще без вращения сферы. Придать материалу сферы свойство темнеть под длительным солнечным облучением и через некоторое время вновь возвращаться в прозрачное состояние. Принцип очков-"хамелеон".