4.4.1
Radiation Pressure Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
4.4.2
The Fountain Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
4.4.3
The Dynamics of Fluffy Particles . . . . . . . . . . . . . . . . 315
4.5
Dust Size Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
4.6
The Lifting Dust Ejection Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
4.6.1
Drag Force at the Nucleus Surface . . . . . . . . . . . . . . . . 322
4.6.2
Cohesive Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
4.6.3
Advanced Dust Ejection Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . 327
4.7
The Influence of Drag on the Equations of Motion for the Dust . . . 329
4.7.1
Analytical Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
4.7.2
Numerical Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
4.7.3
Gas-Dust Energy Exchange within the Coma . . . . . . . . 334
4.8
Converting Afρ to a Dust Loss Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
4.9
Observation of Non-uniform Dust Emission . . . . . . . . . . . . . . . . 338
4.9.1
Large-Scale Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
4.9.2
Small-Scale Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
4.9.3
Transient Jet/Filament Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
4.10 Processes in the Innermost Coma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
4.10.1
Comparisons of Models of 67P with Data . . . . . . . . . . 350
4.10.2
Deviations from Force-Free Radial Outflow . . . . . . . . . 350
4.10.3
Dust Above the Nightside Hemisphere . . . . . . . . . . . . 357
4.11 Slow (Large) Moving Particles in the Coma . . . . . . . . . . . . . . . . 359
4.11.1
Observations and Significance of Slow-Moving
Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
4.11.2
Individual Particle Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
4.11.3
Neck-Lines and Dust Trails . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
4.12 Radiometric Properties of Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
4.12.1
The Colour of Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
4.12.2
The Thermal Properties of Dust and Sublimation . . . . . 376
4.12.3
The Polarization of the Scattered Light . . . . . . . . . . . . 380
4.13 Equation of Motion of Charged Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
4.14 The Non-volatile Composition of Dust and the Nucleus . . . . . . . . 384
4.15 Refractory to Volatile Ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
5 The Plasma Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
5.1
Initial Considerations and the Solar Wind . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
5.2
The Production of Cometary Ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
5.2.1
Photoionization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
5.2.2
Charge-Exchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
5.2.3
Electron Impact Ionization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
5.3
Dynamics of the Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
5.4
Processes within the Diamagnetic Cavity . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
5.5
Spectroscopy and Imaging of Plasma Tails . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
5.5.1
Main Ion Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
5.5.2
Ion Velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
5.5.3
Disconnection Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
xl
Contents
Radiation Pressure Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
4.4.2
The Fountain Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
4.4.3
The Dynamics of Fluffy Particles . . . . . . . . . . . . . . . . 315
4.5
Dust Size Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
4.6
The Lifting Dust Ejection Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
4.6.1
Drag Force at the Nucleus Surface . . . . . . . . . . . . . . . . 322
4.6.2
Cohesive Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
4.6.3
Advanced Dust Ejection Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . 327
4.7
The Influence of Drag on the Equations of Motion for the Dust . . . 329
4.7.1
Analytical Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
4.7.2
Numerical Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
4.7.3
Gas-Dust Energy Exchange within the Coma . . . . . . . . 334
4.8
Converting Afρ to a Dust Loss Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
4.9
Observation of Non-uniform Dust Emission . . . . . . . . . . . . . . . . 338
4.9.1
Large-Scale Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
4.9.2
Small-Scale Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
4.9.3
Transient Jet/Filament Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
4.10 Processes in the Innermost Coma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
4.10.1
Comparisons of Models of 67P with Data . . . . . . . . . . 350
4.10.2
Deviations from Force-Free Radial Outflow . . . . . . . . . 350
4.10.3
Dust Above the Nightside Hemisphere . . . . . . . . . . . . 357
4.11 Slow (Large) Moving Particles in the Coma . . . . . . . . . . . . . . . . 359
4.11.1
Observations and Significance of Slow-Moving
Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
4.11.2
Individual Particle Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
4.11.3
Neck-Lines and Dust Trails . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
4.12 Radiometric Properties of Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
4.12.1
The Colour of Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
4.12.2
The Thermal Properties of Dust and Sublimation . . . . . 376
4.12.3
The Polarization of the Scattered Light . . . . . . . . . . . . 380
4.13 Equation of Motion of Charged Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
4.14 The Non-volatile Composition of Dust and the Nucleus . . . . . . . . 384
4.15 Refractory to Volatile Ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
5 The Plasma Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
5.1
Initial Considerations and the Solar Wind . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
5.2
The Production of Cometary Ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
5.2.1
Photoionization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
5.2.2
Charge-Exchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
5.2.3
Electron Impact Ionization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
5.3
Dynamics of the Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
5.4
Processes within the Diamagnetic Cavity . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
5.5
Spectroscopy and Imaging of Plasma Tails . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
5.5.1
Main Ion Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
5.5.2
Ion Velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
5.5.3
Disconnection Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
xl
Contents