Abstract The Neptune Odyssey mission concept is a Flagship-class orbiter and atmospheric probe to the Neptune–Triton system. This bold mission of exploration would orbit an ice-giant planet to study the planet, its rings, small satellites, space environment, and the planet-sized moon Triton. Triton is a captured dwarf planet from the Kuiper Belt, twin of Pluto, and likely ocean world. Odyssey addresses Neptune system-level science, with equal priorities placed on Neptune, its rings, moons, space environment, and Triton. Between Uranus and Neptune, the latter is unique in providing simultaneous access to both an ice giant and a Kuiper Belt dwarf planet. The spacecraft—in a class equivalent to the NASA/ESA/ASI Cassini spacecraft—would launch by 2031 on a Space Launch System or equivalent launch vehicle and utilize a Jupiter gravity assist for a 12 yr cruise to Neptune and a 4 yr prime orbital mission; alternatively a launch after 2031 would have a 16 yr direct-to-Neptune cruise phase. Our solution provides annual launch opportunities and allows for an easy upgrade to the shorter (12 yr) cruise. Odyssey would orbit Neptune retrograde (prograde with respect to Triton), using the moon's gravity to shape the orbital tour and allow coverage of Triton, Neptune, and the space environment. The atmospheric entry probe would descend in ∼37 minutes to the 10 bar pressure level in Neptune's atmosphere just before Odyssey's orbit-insertion engine burn. Odyssey's mission would end by conducting a Cassini-like “Grand Finale,” passing inside the rings and ultimately taking a final great plunge into Neptune's atmosphere.

We discuss the synergies between heliospheric and dust science, the open science questions, the technological endeavors and programmatic aspects that are important to maintain or develop in the decade to come. In particular, we illustrate how we can use interstellar dust in the solar system as a tracer for the (dynamic) heliosphere properties, and emphasize the fairly unexplored, but potentially important science question of the role of cosmic dust in heliospheric and astrospheric physics. We show that an Interstellar Probe mission with a dedicated dust suite would bring unprecedented advances to interstellar dust research, and can also contribute-through measuring dust - to heliospheric science. This can, in particular, be done well if we work in synergy with other missions inside the solar system, thereby using multiple vantage points in space to measure the dust as it `rolls' into the heliosphere. Such synergies between missions inside the solar system and far out are crucial for disentangling the spatially and temporally varying dust flow. Finally, we highlight the relevant instrumentation and its suitability for contributing to finding answers to the research questions.

Abstract A significant challenge facing heliospheric models is the lack of full Sun observational coverage. The lack of information about the farside photospheric magnetic field necessitates the use of various techniques to approximate the structure and appearance of this field. However, a recently developed technique that uses He ii 304 Å emission observed by the Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) enables developing a magnetic flux proxy by imaging of active regions on the far side of the Sun. Incorporating information about these active regions on the far side of the Sun may have the potential to drastically improve heliospheric models. In this work, we run multiple heliospheric models with and without farside information obtained from STEREO observations of He ii 304 Å emission and compare the predicted in situ measurements from the models with real in situ data from STEREO and Earth. We find that although there are noticeable quantitative differences between the in situ predictions from the two models, they are dwarfed by the overall disagreement between the heliospheric model and the actual in situ data. Nevertheless, our results indicate that active regions that significantly change the ratio of open-to-closed and open-to-total flux create the biggest change in the predicted in situ measurements.

Abstract Variations of the magnetic field within a solar coronal mass ejection (CME) in the heliosphere depend on the CME’s magnetic structure as it leaves the solar corona and its interplanetary evolution. To account for this evolution, we developed a new numerical model of the inner heliosphere that simulates the propagation of a CME through a realistic solar wind background and allows various CME magnetic topologies. To this end, we incorporate the Gibson–Low CME model within our global MHD model of the inner heliosphere, GAMERA-Helio. We apply the model to study the propagation of the geoeffective CME that erupted on 2010 April 3, aiming to reproduce the temporal variations of the magnetic field vector during the CME’s passage by Earth. Parameters of the Gibson–Low CME are informed by STEREO white-light observations near the Sun. The magnetic topology for this CME—the tethered flux rope—is informed by in situ magnetic field observations near Earth. We performed two simulations testing different CME propagation directions. For an in-ecliptic direction, the simulation shows a rotation of all three magnetic field components within the CME, as seen at Earth, similar to that observed. However, the magnitudes of the components, particularly at the back of the CME, are underestimated by the model. With a southward direction, suggested by coronal imaging observations, the B x component lacks the observed change from negative to positive. In both cases, the model favors the east–west orientation of the flux rope, consistent with the orientation previously inferred from the images from STEREO/Heliospheric Imager.