The Cassini spacecraft passed within 168.2 kilometers of the surface above the southern hemisphere at 19:55:22 universal time coordinated on 14 July 2005 during its closest approach to Enceladus. Before and after this time, a substantial atmospheric plume and coma were observed, detectable in the Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS) data set out to a distance of over 4000 kilometers from Enceladus. INMS data indicate that the atmospheric plume and coma are dominated by water, with significant amounts of carbon dioxide, an unidentified species with a mass-to-charge ratio of 28 daltons (either carbon monoxide or molecular nitrogen), and methane. Trace quantities (<1%) of acetylene and propane also appear to be present. Ammonia is present at a level that does not exceed 0.5%. The radial and angular distributions of the gas density near the closest approach, as well as other independent evidence, suggest a significant contribution to the plume from a source centered near the south polar cap, as distinct from a separately measured more uniform and possibly global source observed on the outbound leg of the flyby.

The Cassini Ion Neutral Mass Spectrometer (INMS) has obtained the first in situ composition measurements of the neutral densities of molecular nitrogen, methane, molecular hydrogen, argon, and a host of stable carbon-nitrile compounds in Titan's upper atmosphere. INMS in situ mass spectrometry has also provided evidence for atmospheric waves in the upper atmosphere and the first direct measurements of isotopes of nitrogen, carbon, and argon, which reveal interesting clues about the evolution of the atmosphere. The bulk composition and thermal structure of the moon's upper atmosphere do not appear to have changed considerably since the Voyager 1 flyby.

Measurements from electrostatic analyzers aboard the polar‐orbiting S3‐3 satellite have been tabulated to form a synoptic picture of the occurrence of upgoing 90eV to 3.9keV auroral ions. In this survey, a distinction is made between ion distributions having peak fluxes along B (beams) and those exhibiting flux maxima that are not field‐aligned (conics). It is shown that both beams and conics are common auroral phenomena, whose frequencies of occurrence in latitude, local time, and altitude have a marked dependence on magnetic activity. During quiet conditions ( Kp ≲3) conical ion distributions are observed with constant frequency in altitude above 1000 km and appear to be associated with the daytime polar cusp region. In contrast, quiet time ion beams have a maximum occurrence frequency in the premidnight sector. Ion beams are observed primarily above 5000 km, with a frequency increasing with altitude up to the satellite apogee at 8000 km. During disturbed times, ion beams are a persistent phenomenon, mainly confined to the dusk sector, while conical distributions are observed uniformly in local time with a frequency that increases steadily in altitude. The results of this study, which are shown to be consistent with previous surveys of upward flowing ions if no distinction is made between conical and field‐aligned distributions, provide information relating to auroral ion acceleration processes.

Abstract We report on the in‐flight performance of the Solar Wind Ion Analyzer (SWIA) and observations of the Mars‐solar wind interaction made during the Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) prime mission and a portion of its extended mission, covering 0.85 Martian years. We describe the data products returned by SWIA and discuss the proper handling of measurements made with different mechanical attenuator states and telemetry modes, and the effects of penetrating and scattered backgrounds, limited phase space coverage, and multi‐ion populations on SWIA observations. SWIA directly measures solar wind protons and alpha particles upstream from Mars. SWIA also provides proxy measurements of solar wind and neutral densities based on products of charge exchange between the solar wind and the hydrogen corona. Together, upstream and proxy observations provide a complete record of the solar wind experienced by Mars, enabling organization of the structure, dynamics, and ion escape from the magnetosphere. We observe an interaction that varies with season and solar wind conditions. Solar wind dynamic pressure, Mach number, and extreme ultraviolet flux all affect the bow shock location. We confirm the occurrence of order‐of‐magnitude seasonal variations of the hydrogen corona. We find that solar wind Alfvén waves, which provide an additional energy input to Mars, vary over the mission. At most times, only weak mass loading occurs upstream from the bow shock. However, during periods with near‐radial interplanetary magnetic fields, structures consistent with Short Large Amplitude Magnetic Structures and their wakes form upstream, dramatically reconfiguring the Martian bow shock and magnetosphere.

Coupling between the lower and upper atmosphere, combined with loss of gas from the upper atmosphere to space, likely contributed to the thin, cold, dry atmosphere of modern Mars. To help understand ongoing ion loss to space, the Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) spacecraft made comprehensive measurements of the Mars upper atmosphere, ionosphere, and interactions with the Sun and solar wind during an interplanetary coronal mass ejection impact in March 2015. Responses include changes in the bow shock and magnetosheath, formation of widespread diffuse aurora, and enhancement of pick-up ions. Observations and models both show an enhancement in escape rate of ions to space during the event. Ion loss during solar events early in Mars history may have been a major contributor to the long-term evolution of the Mars atmosphere.

Boundaries between space plasmas occur in numerous contexts and scales, from astrophysical jets to planetary magnetospheres. Mass and momentum transport across boundaries poses a fundamental problem in magnetospheric physics. Kelvin–Helmholtz instability (KHI) is a promising mechanism to facilitate transport. Although previous studies have suggested KHI occurrence in various space plasmas, theory predicts that compressibility prevents KHI excitation at boundaries with large density gradients because of previously considered boundary structures where density varies with velocity. Based on the observations of a large density gradient boundary by MAVEN at Mars, where we can observe an extreme case, in this study, we show that it is the entropy, instead of the previously considered density, that varies with the velocity in the real velocity-sheared boundary. The entropy-based boundary structure places the velocity shear in a lower-density region than the traditional density-based structure and weakens the compressibility effect. This new boundary structure thus enables KHI excitation even at large density gradient boundaries, such as at the ionopause of unmagnetized planets and the plasmapause of magnetized planets. The result suggests the ubiquitous occurrence of KHI in the plasma universe and emphasizes its important role in planetary cold plasma escape from unmagnetized planets.