3.4.5
Examples of Near-Nucleus Gas Flow . . . . . . . . . . . . . . 234
3.4.5.1
Cases with Spherical Sources . . . . . . . . . . . 234
3.4.5.2
Cases with Realistic Shapes . . . . . . . . . . . . 238
3.4.5.3
Deviations from Insolation-Driven
Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
3.4.5.4
Degeneracy in Surface Activity
Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
3.4.6
Re-Condensation and Surface Reflection of Gas
Molecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
3.4.7
The Initial Gas Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
3.4.8
Effects of Porosity on Small Scales . . . . . . . . . . . . . . . 246
3.4.9
Nightside Outgassing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
3.5
Reaction Chemistry and the Extended Coma . . . . . . . . . . . . . . . . 251
3.5.1
Daughter Products and the Haser Model . . . . . . . . . . . 251
3.5.2
Detailed Reaction Kinetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
3.5.3
The Swings and Greenstein Effects . . . . . . . . . . . . . . . 263
3.5.4
Prompt Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
3.5.5
Other Notable UV Line Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . 267
3.5.6
Spatial and Temporal Variations of Parent
and Daughter Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
3.6
Compositional Variation with Heliocentric Distance . . . . . . . . . . 272
3.7
Radiation Pressure on Gas Molecules and Radicals:
The Neutral Tail(s) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
3.8
Isotopic Ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
3.9
Ortho to Para Ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
4 Dust Emission from the Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
4.1
The Point Source Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
4.2
Scattering of Light by Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
4.2.1
Introduction and Rayleigh Scattering . . . . . . . . . . . . . . 282
4.2.2
Scattering by Particles Close to the Wavelength . . . . . . 283
4.2.2.1
Preliminaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
4.2.3
Mie Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
4.2.4
The T-Matrix Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
4.2.5
Computer Simulated Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
4.2.6
Observed Particle Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
4.2.7
The Discrete Dipole Approximation . . . . . . . . . . . . . . 299
4.2.8
The Observed Phase Function at 67P . . . . . . . . . . . . . . 300
4.2.9
The Observed Radiance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
4.2.9.1
The Optical Thin Case . . . . . . . . . . . . . . . 302
4.2.9.2
Optical Thickness Effects . . . . . . . . . . . . . 303
4.2.10
Inhomogeneous Particles and Maxwell Garnett
Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
4.3
Afρ (“Afrho”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
4.4
Radiation Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Contents
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Examples of Near-Nucleus Gas Flow . . . . . . . . . . . . . . 234
3.4.5.1
Cases with Spherical Sources . . . . . . . . . . . 234
3.4.5.2
Cases with Realistic Shapes . . . . . . . . . . . . 238
3.4.5.3
Deviations from Insolation-Driven
Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
3.4.5.4
Degeneracy in Surface Activity
Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
3.4.6
Re-Condensation and Surface Reflection of Gas
Molecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
3.4.7
The Initial Gas Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
3.4.8
Effects of Porosity on Small Scales . . . . . . . . . . . . . . . 246
3.4.9
Nightside Outgassing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
3.5
Reaction Chemistry and the Extended Coma . . . . . . . . . . . . . . . . 251
3.5.1
Daughter Products and the Haser Model . . . . . . . . . . . 251
3.5.2
Detailed Reaction Kinetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
3.5.3
The Swings and Greenstein Effects . . . . . . . . . . . . . . . 263
3.5.4
Prompt Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
3.5.5
Other Notable UV Line Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . 267
3.5.6
Spatial and Temporal Variations of Parent
and Daughter Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
3.6
Compositional Variation with Heliocentric Distance . . . . . . . . . . 272
3.7
Radiation Pressure on Gas Molecules and Radicals:
The Neutral Tail(s) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
3.8
Isotopic Ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
3.9
Ortho to Para Ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
4 Dust Emission from the Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
4.1
The Point Source Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
4.2
Scattering of Light by Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
4.2.1
Introduction and Rayleigh Scattering . . . . . . . . . . . . . . 282
4.2.2
Scattering by Particles Close to the Wavelength . . . . . . 283
4.2.2.1
Preliminaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
4.2.3
Mie Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
4.2.4
The T-Matrix Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
4.2.5
Computer Simulated Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
4.2.6
Observed Particle Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
4.2.7
The Discrete Dipole Approximation . . . . . . . . . . . . . . 299
4.2.8
The Observed Phase Function at 67P . . . . . . . . . . . . . . 300
4.2.9
The Observed Radiance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
4.2.9.1
The Optical Thin Case . . . . . . . . . . . . . . . 302
4.2.9.2
Optical Thickness Effects . . . . . . . . . . . . . 303
4.2.10
Inhomogeneous Particles and Maxwell Garnett
Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
4.3
Afρ (“Afrho”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
4.4
Radiation Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Contents
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