The Sun moves through the local interstellar medium, continuously emitting ionized, supersonic solar wind plasma and carving out a cavity in interstellar space called the heliosphere. The recently launched Interstellar Boundary Explorer (IBEX) spacecraft has completed its first all-sky maps of the interstellar interaction at the edge of the heliosphere by imaging energetic neutral atoms (ENAs) emanating from this region. We found a bright ribbon of ENA emission, unpredicted by prior models or theories, that may be ordered by the local interstellar magnetic field interacting with the heliosphere. This ribbon is superposed on globally distributed flux variations ordered by both the solar wind structure and the direction of motion through the interstellar medium. Our results indicate that the external galactic environment strongly imprints the heliosphere.

Using improved, self‐consistent analysis techniques, we determine the average solar wind charge state and elemental composition of nearly 40 ion species of He, C, N, O, Ne, Mg, Si, S, and Fe observed with the Solar Wind Ion Composition Spectrometer on Ulysses. We compare results obtained during selected time periods, including both slow solar wind and fast streams, concentrating on the quasi‐stationary flows away from recurrent or intermittent disturbances such as corotating interaction regions or coronal mass ejections. In the fast streams the charge state distributions are consistent with a single freezing‐in temperature for each element, whereas in the slow wind these distributions appear to be composed of contributions from a range of temperatures. The elemental composition shows the well‐known first ionization potential (FIP) bias of the solar wind composition with respect to the photosphere. However, it appears that our average enrichment factor of low‐FIP elements in the slow wind, not quite a factor of 3, is smaller than that in previous compilations. In fast streams the FIP bias is found to be yet smaller but still significantly above 1, clearly indicating that the FIP fractionation effect is also active beneath coronal holes from where the fast wind originates. This imposes basic requirements upon FIP fractionation models, which should reproduce the stronger and more variable low‐FIP bias in the slow wind and a weaker (and perhaps conceptually different) low‐FIP bias in fast streams. Taken together, these results firmly establish the fundamental difference between the two quasi‐stationary solar wind types.

Observations of solar wind from both large polar coronal holes (PCHs) during Ulysses' third orbit showed that the fast solar wind was slightly slower, significantly less dense, cooler, and had less mass and momentum flux than during the previous solar minimum (first) orbit. In addition, while much more variable, measurements in the slower, in‐ecliptic wind match quantitatively with Ulysses and show essentially identical trends. Thus, these combined observations indicate significant, long‐term variations in solar wind output from the entire Sun. The significant, long‐term trend to lower dynamic pressures means that the heliosphere has been shrinking and the heliopause must be moving inward toward the Voyager spacecraft. In addition, our observations suggest a significant and global reduction in the mass and energy fed in below the sonic point in the corona. The lower supply of mass and energy may result naturally from a reduction of open magnetic flux during this period.

The prediction of a supersonic solar wind1 was first confirmed by spacecraft near Earth2,3 and later by spacecraft at heliocentric distances as small as 62 solar radii4. These missions showed that plasma accelerates as it emerges from the corona, aided by unidentified processes that transport energy outwards from the Sun before depositing it in the wind. Alfvénic fluctuations are a promising candidate for such a process because they are seen in the corona and solar wind and contain considerable energy5–7. Magnetic tension forces the corona to co-rotate with the Sun, but any residual rotation far from the Sun reported until now has been much smaller than the amplitude of waves and deflections from interacting wind streams8. Here we report observations of solar-wind plasma at heliocentric distances of about 35 solar radii9–11, well within the distance at which stream interactions become important. We find that Alfvén waves organize into structured velocity spikes with duration of up to minutes, which are associated with propagating S-like bends in the magnetic-field lines. We detect an increasing rotational component to the flow velocity of the solar wind around the Sun, peaking at 35 to 50 kilometres per second—considerably above the amplitude of the waves. These flows exceed classical velocity predictions of a few kilometres per second, challenging models of circulation in the corona and calling into question our understanding of how stars lose angular momentum and spin down as they age12–14. Data collected by the Parker Solar Probe in the solar corona are used to determine the organization of Alfvén waves, revealing an increasing flow velocity peaking at 35–50 km s−1.

The Interstellar Boundary Explorer (IBEX) is a small explorer mission that launched on 19 October 2008 with the sole, focused science objective to discover the global interaction between the solar wind and the interstellar medium. IBEX is designed to achieve this objective by answering four fundamental science questions: (1) What is the global strength and structure of the termination shock, (2) How are energetic protons accelerated at the termination shock, (3) What are the global properties of the solar wind flow beyond the termination shock and in the heliotail, and (4) How does the interstellar flow interact with the heliosphere beyond the heliopause? The answers to these questions rely on energy-resolved images of energetic neutral atoms (ENAs), which originate beyond the termination shock, in the inner heliosheath. To make these exploratory ENA observations IBEX carries two ultra-high sensitivity ENA cameras on a simple spinning spacecraft. IBEX's very high apogee Earth orbit was achieved using a new and significantly enhanced method for launching small satellites; this orbit allows viewing of the outer heliosphere from beyond the Earth's relatively bright magnetospheric ENA emissions. The combination of full-sky imaging and energy spectral measurements of ENAs over the range from ∼10 eV to 6 keV provides the critical information to allow us to achieve our science objective and understand this global interaction for the first time. The IBEX mission was developed to provide the first global views of the Sun's interstellar boundaries, unveiling the physics of the heliosphere's interstellar interaction, providing a deeper understanding of the heliosphere and thereby astrospheres throughout the galaxy, and creating the opportunity to make even greater unanticipated discoveries.

As the Sun moves through the local interstellar medium, its supersonic, ionized solar wind carves out a cavity called the heliosphere. Recent observations from the Interstellar Boundary Explorer (IBEX) spacecraft show that the relative motion of the Sun with respect to the interstellar medium is slower and in a somewhat different direction than previously thought. Here, we provide combined consensus values for this velocity vector and show that they have important implications for the global interstellar interaction. In particular, the velocity is almost certainly slower than the fast magnetosonic speed, with no bow shock forming ahead of the heliosphere, as was widely expected in the past.

Abstract We investigate the long-term persistence of solar energetic particle (SEP) time series by means of four different methods: Hurst rescaled range R / S analysis, detrended fluctuation analysis, centered moving average analysis, and the fluctuation of natural time under the time reversal method. For these analyses, we use data sets from the Integrated Science Investigation of the Sun instrument suite on board NASA's Parker Solar Probe. Background systematic noise is modeled using cross-correlation analysis between different SEP energy channels and subtracted from the original data. The use of these four methods for deriving the time-series persistence allows us to (i) differentiate between quiet- and active-Sun periods based on the values of the corresponding self-similarity exponents alone; (ii) identify the onset of an ongoing activity well before it reaches its maximum SEP flux; (iii) reveal an interesting fine structure when activity is observed; and (iv) provide, for the first time, an estimate of the maximum SEP flux of a future storm based on the entropy change of natural time under time reversal.

Abstract High-energy neutral solar radiation in the form of γ -rays and neutrons is produced as secondary products in solar flares. The characteristics of this emission can provide key information regarding the energization of charged particles, particularly when primary particles remain trapped in the corona. The Integrated Science Investigation of the Sun (IS⊙IS) suite on Parker Solar Probe is composed of instruments primarily intended to measure energetic charged particles. However, the High Energy Telescope (HET) in IS⊙IS was also designed with a supplementary neutral mode intended to measure γ -rays and neutrons. HET observed its first clear solar γ -ray event in connection with a hard X-ray flare, the eruption of a coronal mass ejection, and a solar energetic particle event on 2022 September 5. The X-ray spectral shape was observed to harden over the course of the event, culminating with the observation of γ -rays by HET. A coincident enhancement in the lower-energy Energetic Particle Instrument (EPI-Lo) was also observed, likely produced by incident solar γ -rays despite the EPI-Lo instrument not having any special neutral measurement capabilities. We use Monte Carlo modeling to reconstruct the incident γ -ray spectrum based on the measured spectrum to demonstrate that the combination of IS⊙IS instruments can measure hard X-rays and γ -rays from ∼60 keV–7 MeV. Despite the fact that this is a supplemental science goal of the mission, the capability of the IS⊙IS instruments to measure γ -rays is important for the study of this population due to the very limited instruments currently observing the Sun in γ -rays.

Abstract The 2021 October 28 solar energetic particle (SEP) event was a rare ground level enhancement (GLE) event, where secondary particles from the interactions of SEPs with the Earth’s atmosphere were detected by neutron monitors on the ground. A number of papers have examined the solar signatures, neutron monitor observations, and the characteristics of the SEP protons and electrons for this event. Here we describe the heavy ion signatures, specifically O and Fe, observed by multiple spacecraft. Parker Solar Probe, Solar Terrestrial Relations Observatory-Ahead, and Advanced Composition Explorer were distributed over nearly 60° in solar longitude and 0.4 au in heliocentric distance. Despite their separations, all three spacecraft measured event-integrated O and Fe spectra, well represented by power laws, with nearly the same power-law index of approximately −1.7, which is significantly harder than most large SEP events and many GLE events. Moreover, the Fe/O abundance ratio determined from these spectra was also found to be spatially invariant over the 60° in longitude and 0.4 au in heliocentric distance. Such near uniformity is highly unusual, and only one similar occurrence was found in a previous multispacecraft. The observed Fe/O ratio of 0.39 is higher than typical for large SEP events but not unusual for GLE events.

Abstract Energetic neutral atoms (ENAs) from the heliosphere are a unique means to remotely image the boundary regions of our heliosphere. The Interstellar Boundary Explorer (IBEX) has been very successful in measuring these ENAs since 2008 at energies from tens of eV to 6 keV. The main question raised by one solar cycle of IBEX-Lo observations at 0.05–2 keV is the strong and ubiquitous underestimation of several model predictions compared with actually measured ENA intensities at energies between 100 and 500 eV. This study converts the observed ENA intensities into plasma pressures for different sky directions and considers the implications for our understanding of the heliosheath and the source of the observed ENAs.