Wiatr słoneczny pochodzący z korony słonecznej tworzy wnękę oddzielającą plazmę słoneczną i międzygwiazdową, nazywaną heliosferą. Globalne modele heliosfery przewidują bardzo różne struktury heliosfery. Struktura ta ulega znaczącym zmianom w takt cyklu słonecznego oraz w skutek długoterminowych zmian wiatru słonecznego. Bezpośrednie obserwacje plazmy w zewnętrznej heliosferze są obecnie dostępne wyłącznie za pomocą sondy New Horizons. Natomiast, globalne obrazowanie heliosfery jest możliwe dzięki neutralnym atomom energetycznym (ang. energetic neutral atom – ENA) powstającym w otoku heliosferycznym z jonów energetycznych, które są neutralizowane w wyniku wymiany ładunku z międzygwiazdowymi atomami neutralnymi. Najważniejszą populacją jonów energetycznych są jony przechwycone (ang. pickup ion – PUI) powstałe w wyniku jonizacji międzygwiazdowych neutralnych atomów penetrujących heliosferę.

W proponowanym projekcie planujemy zbadać globalną strukturę heliosfery. Wykorzystamy obserwacje ENA z misji Interstellar Boundary Explorer (IBEX) oraz Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP). Wykorzystując harmoniki sferyczne, będziemy kontynuować rozwój i wdrażać technikę separacji globalnie rozproszonego strumienia i wstęgi IBEX-a składających się na sygnał ENA. Nowa implementacja będzie wykorzystywać dane z poszczególnych orientacji statku kosmicznego, a nie z map IBEX. Przewidujemy, że wdrożenie to umożliwi nam przeprowadzenie bardziej precyzyjnych badań położenia wstęgi. Ewolucja GDF w porównaniu ze zmianami wiatru słonecznego pozwoli nam lepiej zrozumieć procesy zachodzące w wewnętrznej helioosłonie. Z kolei ewolucja wstęgi odzwierciedlająca odległość do źródła, poinformuje nas o odległości do heliopauzy. Ponadto planujemy zbadać obserwacje ciężkich ENA z instrumentu IMAP-Hi. Dwa czujniki tego instrumentu, w przeciwieństwie do IBEX-Hi, są wyposażone w detektory mierzące czasu przelotu przez instrument, umożliwiające identyfikację pierwiastków. Jeśli zostaną pomyślnie wykryte, helowe ENA będą miały kluczowe znaczenie dla zrozumienia kształtu heliosfery. Ponadto mogą pozwolić na obserwację pozaheliosferycznych źródeł ENA. Na koniec zbadamy również źródło energizacji PUI w otoku heliosferycznym, korzystając z obserwacji z New Horizons. Procesy energizacji PUI są obserwowane, ale ich pełne zrozumienie wymaga uwzględnienia efektów systematycznych.

W ramach proponowanego projektu wykorzystane zostaną obserwacje ENA i PUI z istniejących (IBEX, New Horizons) i wkrótce rozpoczynających się misji (IMAP). Będziemy badać procesy rządzące globalną strukturą heliosfery i szukać możliwego źródła ENA pozaheliosferycznego helu. Badania te mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia globalnej struktury heliosfery i jej ewolucji w odpowiedzi na cykl słoneczny i długofalową ewolucję wiatru słonecznego