日地月联系：I——三维全局动理学模拟

太阳风与月球表面之间的复杂相互作用是空间风化的典型例子。然而，关于源自地球电离层的等离子体之影响仍存在不确定性，亟需全面理解其定量影响。迄今为止，可靠模型的缺乏阻碍了对不同太阳风条件下从地球到月球的离子通量的精确计算。本研究的目的是改造一种动理学模型，以应对地球和月球同处一个模拟盒中的苛刻条件。IAPIC，即电磁相对论全局粒子网格(Particle-In-Cell)模型，被改进以处理日地月系统。它采用的动理学模拟技术已被证明是探索不同尺度物理系统复杂动力学的宝贵工具，同时能将背向散射等关键物理信息的损失降至最低。该建模得以推导地球磁层的形状与大小，并追踪从电离层逃逸至月球的 O$^+$ 与 H$^+$ 离子： $\mathrm{O^+}$ 倾向于向日间磁层顶逃逸，而 $\mathrm{H^+}$ 更深入磁尾，一直延伸至月球表面。此外，模拟了等离子体温度各向异性和返流离子，便于未来与实验对比。本研究展示了动理学模型如何成功应用于研究地月环境中的离子输运。第二篇论文将详述对月球环境的影响及对月球水的影响。