Physical and dynamical characterisation of low ΔV NEA (190491) 2000 FJ10

Aims: We investigated the physical properties and dynamical evolution of near-Earth asteroid (NEA) (190491) 2000 FJ10 in order to assess the suitability of this accessible NEA as a space mission target. Methods: Photometry and colour determination were carried out with the 1.54 m Kuiper Telescope (Mt Bigelow, USA) and the 10 m Southern African Large Telescope (SALT; Sutherland, South Africa) during the object's recent favourable apparition in 2011-12. During the earlier 2008 apparition, a spectrum of the object in the 6000-9000 Angstrom region was obtained with the 4.2 m William Herschel Telescope (WHT; Canary Islands, Spain). Interpretation of the observational results was aided by numerical simulations of 1000 dynamical clones of 2000 FJ10 up to 106 yr in the past and in the future. Results: The asteroid's spectrum and colours determined by our observations suggest a taxonomic classification within the S-complex although other classifications (V, D, E, M, P) cannot be ruled out. On this evidence, it is unlikely to be a primitive, relatively unaltered remnant from the early history of the solar system and thus a low priority target for robotic sample return. Our photometry placed a lower bound of 2 h to the asteroid's rotation period. Its absolute magnitude was estimated to be 21.54 ± 0.1 which, for a typical S-complex albedo, translates into a diameter of 130 ± 20 m. Our dynamical simulations show that it has likely been an Amor for the past 105 yr. Although currently not Earth-crossing, it will likely become so during the period 50-100 kyr in the future. It may have arrived from the inner or central main belt >1 Myr ago as a former member of a low-inclination S-class asteroid family. Its relatively slow rotation and large size make it a suitable destination for a human mission. We show that ballistic Earth-190491-Earth transfer trajectories with ΔV <2 km s-1 at the asteroid exist between 2052 and 2061. Based on observations made with the Southern African Large Telescope (SALT).

Influence of strain and polycrystalline ordering on magnetic properties of high moment rare earth metals and alloys

Despite being the most suitable candidates for solenoid pole pieces in state-of-the-art superconductor- based electromagnets, the intrinsic magnetic properties of heavy rare earth metals and their alloys have gained comparatively little attention. With the potential of integration in micro- and nanoscale devices, thin films of Gd, Dy, Tb, DyGd and DyTb were plasma-sputtered and investigated for their in-plane magnetic properties, with an emphasis on magnetisation vs. temperature profiles. Based on crystal structure analysis of the polycrystalline rare earth films, which consist of a low magnetic moment FCC layer at the seed interface topped with a higher moment HCP layer, an experimental protocol is introduced which allows the direct magnetic analysis of the individual layers. In line with the general trend of heavy lanthanides, the saturation magnetisation was found to drop with increasing unit cell size. In-situ annealed rare earth films exceeded the saturation magnetisation of a high-moment Fe65Co35 reference film in the cryogenic temperature regime, proving their potential for pole piece applications; however as-deposited rare earth films were found completely unsuitable. In agreement with theoretical predictions, sufficiently strained crystal phases of Tb and Dy did not exhibit an incommensurate magnetic order, unlike their single-crystal counterparts which have a helical phase. DyGd and DyTb alloys followed the trends of the elemental rare earth metals in terms of crystal structure and magnetic properties. Inter-rare-earth alloys hence present a desirable blend of saturation magnetisation and operating temperature.

The Well-Aligned Orbit of Wasp-84b: Evidence for Disk Migration of a Hot Jupiter

We report the sky-projected orbital obliquity (spin–orbit angle) of WASP-84 b, a 0.69MJup planet in an 8.52 day orbit around a G9V/K0V star, to be λ = −0.3 ± 1.7°. We obtain a true obliquity of ψ = 17.3 ± 7.7° from a measurement of the inclination of the stellar spin axis with respect to the sky plane. Due to the young age and the weak tidal forcing of the system, we suggest that the orbit of WASP-84b is unlikely to have both realigned and circularized from the misaligned and/or eccentric orbit likely to have arisen from high-eccentricity migration. Therefore we conclude that the planet probably migrated via interaction with the protoplanetary disk. This would make it the first “hot Jupiter” (P d < 10 ) to have been shown to have migrated via this pathway. Further, we argue that the distribution of obliquities for planets orbiting cool stars (Teff < 6250 K) suggests that high-eccentricity migration is an important pathway for the formation of short-orbit, giant planets.

The P/2010 A2 Asteroid Collision Confirmed by Rosetta/OSIRIS Observation

The discovery of P/2010 A2 by the LINEAR survey in January 2010 revealed an object displaying a large trail of material similar in shape to a cometary tail although no central condensation or coma could be detected. The appearance of this object in an asteroidal orbit in the inner main belt attracted attention as a potential new member of the Main Belt Comets class (MBCs) but the discovery of a nucleus, with an estimated diameter of 120 m, around 1500 km away from the trail implied that the extended object we were seeing could be the debris trail from a recent collision rather than the tail of a comet. Due to the low inclination of its orbit, it is difficult to conclude about the nature of P/2010 A2 from Earth-based data only, as different scenarios lead to the same appearance in the orbital configuration at the times of observations. We present here another set of images, acquired from the unique viewing geometry provided by ESA's Rosetta spacecraft en route to comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Albeit faint (22 magnitude), the object could be observed by the high-resolution camera OSIRIS. We used a Finson-Probstein model to simulate the shape of the trail, and estimate the time of emission and β parameter (ratio between solar radiation pressure and gravity) for the dust grains. Simulations were compared to the OSIRIS images and ground based observations acquired at NTT and Palomar telescopes. Thanks to the different phase angle provided by Rosetta, we could reduce the number of solutions to a unique model, leading to the conclusive demonstration that the trail is due to a single event rather than a period of cometary activity.

Magnetospheric Structure and Atmospheric Joule Heating of Habitable Planets Orbiting M-dwarf Stars

We study the magnetospheric structure and the ionospheric Joule Heating of planets orbiting M-dwarf stars in the habitable zone using a set of magnetohydrodynamic models. The stellar wind solution is used to drive a model for the planetary magnetosphere, which is coupled with a model for the planetary ionosphere. Our simulations reveal that the space environment around close-in habitable planets is extreme, and the stellar wind plasma conditions change from sub- to super-Alfvénic along the planetary orbit. As a result, the magnetospheric structure changes dramatically with a bow shock forming in the super-Alfvénic sectors, while no bow shock forms in the sub-Alfvénic sectors. The planets reside most of the time in the sub-Alfvénic sectors with poor atmospheric protection. A significant amount of Joule Heating is provided at the top of the atmosphere as a result of the intense stellar wind. For the steady-state solution, the heating is about 0.1%-3% of the total incoming stellar irradiation, and it is enhanced by 50% for the time-dependent case. The significant Joule Heating obtained here should be considered in models for the atmospheres of habitable planets in terms of the thickness of the atmosphere, the top-side temperature and density, the boundary conditions for the atmospheric pressure, and particle radiation and transport. Here we assume constant ionospheric Pedersen conductance similar to that of the Earth. The conductance could be greater due to the intense EUV radiation leading to smaller heating rates. We plan to quantify the ionospheric conductance in future study.

The high-energy environment in the super-Earth system CoRoT-7

High-energy irradiation of exoplanets has been identified to be a key influence on the stability of these planets' atmospheres. So far, irradiation-driven mass-loss has been observed only in two Hot Jupiters, and the observational data remain even more sparse in the super-Earth regime. We present an investigation of the high-energy emission in the CoRoT-7 system, which hosts the first known transiting super-Earth. To characterize the high-energy XUV radiation field into which the rocky planets CoRoT-7b and CoRoT-7c are immersed, we analyzed a 25 ks XMM-Newton observation of the host star. Our analysis yields the first clear (3.5σ) X-ray detection of CoRoT-7. We determine a coronal temperature of ≈ 3 MK and an X-ray luminosity of 3 × 1028 erg s-1. The level of XUV irradiation on CoRoT-7b amounts to ≈37 000 erg cm-2 s-1. Current theories for planetary evaporation can only provide an order-of-magnitude estimate for the planetary mass loss; assuming that CoRoT-7b has formed as a rocky planet, we estimate that CoRoT-7b evaporates at a rate of about 1.3 × 1011 g s-1 and has lost ≈4-10 earth masses in total.

X-Ray Emission from the Super-Earth Host GJ 1214

Stellar activity can produce large amounts of high-energy radiation, which is absorbed by the planetary atmosphere leading to irradiation-driven mass loss. We present the detection and an investigation of high-energy emission in a transiting super-Earth host system, GJ 1214, based on XMM-Newton observations. We derive an X-ray luminosity of LX = 7.4 × 1025 erg s-1 and a corresponding activity level of log (LX /L bol) ~ -5.3. Further, we determine a coronal temperature of about ~3.5 MK, which is typical for coronal emission of moderately active low-mass stars. We estimate that GJ 1214 b evaporates at a rate of 1.3× 1010 g s-1 and has lost a total of ≈2-5.6 M ⊕.

The Rossiter-McLaughlin effect reloaded: Probing the 3D spin-orbit geometry, differential stellar rotation, and the spatially-resolved stellar spectrum of star-planet systems

When a planet transits its host star, it blocks regions of the stellar surface from view; this causes a distortion of the spectral lines and a change in the line-of-sight (LOS) velocities, known as the Rossiter-McLaughlin (RM) effect. Since the LOS velocities depend, in part, on the stellar rotation, the RM waveform is sensitive to the star-planet alignment (which provides information on the system’s dynamical history). We present a new RM modelling technique that directly measures the spatially-resolved stellar spectrum behind the planet. This is done by scaling the continuum flux of the (HARPS) spectra by the transit light curve, and then subtracting the infrom the out-of-transit spectra to isolate the starlight behind the planet. This technique does not assume any shape for the intrinsic local profiles. In it, we also allow for differential stellar rotation and centre-to-limb variations in the convective blueshift. We apply this technique to HD 189733 and compare to 3D magnetohydrodynamic (MHD) simulations. We reject rigid body rotation with high confidence (>99% probability), which allows us to determine the occulted stellar latitudes and measure the stellar inclination. In turn, we determine both the sky-projected (λ ≈ −0.4 ± 0.2◦) and true 3D obliquity (ψ ≈ 7+12 −4 ◦ ). We also find good agreement with the MHD simulations, with no significant centre-to-limb variations detectable in the local profiles. Hence, this technique provides a new powerful tool that can probe stellar photospheres, differential rotation, determine 3D obliquities, and remove sky-projection biases in planet migration theories. This technique can be implemented with existing instrumentation, but will become even more powerful with the next generation of high-precision radial velocity spectrographs.

Modeling the Rossiter-McLaughlin Effect: Impact of the Convective Center-to-limb Variations in the Stellar Photosphere

bservations of the Rossiter–McLaughlin (RM) effect provide information on star–planet alignments, which can inform planetary migration and evolution theories. Here, we go beyond the classical RM modeling and explore the impact of a convective blueshift that varies across the stellar disk and non-Gaussian stellar photospheric profiles. We simulated an aligned hot Jupiter with a four-day orbit about a Sun-like star and injected center-to-limb velocity (and profile shape) variations based on radiative 3D magnetohydrodynamic simulations of solar surface convection. The residuals between our modeling and classical RM modeling were dependent on the intrinsic profile width and v sin i; the amplitude of the residuals increased with increasing v sin i and with decreasing intrinsic profile width. For slowly rotating stars the center-to-limb convective variation dominated the residuals (with amplitudes of 10 s of cm s−1 to ~1 m s−1); however, for faster rotating stars the dominant residual signature was due a non-Gaussian intrinsic profile (with amplitudes from 0.5 to 9 m s−1). When the impact factor was 0, neglecting to account for the convective center-to-limb variation led to an uncertainty in the obliquity of ~10°–20°, even though the true v sin i was known. Additionally, neglecting to properly model an asymmetric intrinsic profile had a greater impact for more rapidly rotating stars (e.g., v sin i = 6 km s−1) and caused systematic errors on the order of ~20° in the measured obliquities. Hence, neglecting the impact of stellar surface convection may bias star–planet alignment measurements and consequently theories on planetary migration and evolution.

ReedCob – An eco-efficient building technology for monolithic walls based on earth and reeds

4th Conference COST ACTION FP1303 – Designing with Bio-based Materials – Challenges and opportiunities. INIA – CSIC, Madrid, 24-25 February 2016. Book of abstracts, T.Troya, J.Galván, D.Jones (Eds.), INIA and IETcc – CSIS, pg. 79-80 (ISBN: 978-91-88349-16-3)

Développement d'un indice de vulnérabilité à l'érosion éolienne à partir d'images satellitales, dans le Bassin arachidier du Sénégal : cas de la région de Thiès.

L’érosion éolienne est un problème environnemental parmi les plus sévères dans les régions arides, semi-arides et les régions sèches sub-humides de la planète. L’érosion des sols accélérée par le vent provoque des dommages à la fois localement et régionalement. Sur le plan local, elle cause la baisse des nutriments par la mobilisation des particules les plus fines et de la matière organique. Cette mobilisation est une des causes de perte de fertilité des sols avec comme conséquence, une chute de la productivité agricole et une réduction de la profondeur de la partie arable. Sur le plan régional, les tempêtes de poussières soulevées par le vent ont un impact non négligeable sur la santé des populations, et la déposition des particules affecte les équipements hydrauliques tels que les canaux à ciel ouvert ainsi que les infrastructures notamment de transport. Dans les régions où les sols sont fréquemment soumis à l’érosion éolienne, les besoins pour des études qui visent à caractériser spatialement les sols selon leur degré de vulnérabilité sont grands. On n’a qu’à penser aux autorités administratives qui doivent décider des mesures à prendre pour préserver et conserver les potentialités agropédologiques des sols, souvent avec des ressources financières modestes mises à leur disposition. Or, dans certaines de ces régions, comme notre territoire d’étude, la région de Thiès au Sénégal, ces études font défaut. En effet, les quelques études effectuées dans cette région ou dans des contextes géographiques similaires ont un caractère plutôt local et les approches suivies (modèles de pertes des sols) nécessitent un nombre substantiel de données pour saisir la variabilité spatiale de la dynamique des facteurs qui interviennent dans le processus de l’érosion éolienne. La disponibilité de ces données est particulièrement problématique dans les pays en voie de développement, à cause de la pauvreté en infrastructures et des problèmes de ressources pour le monitoring continu des variables environnementales. L’approche mise de l’avant dans cette recherche vise à combler cette lacune en recourant principalement à l’imagerie satellitale, et plus particulièrement celle provenant des satellites Landsat-5 et Landsat-7. Les images Landsat couvrent la presque totalité de la zone optique du spectre exploitable par télédétection (visible, proche infrarouge, infrarouge moyen et thermique) à des résolutions relativement fines (quelques dizaines de mètres). Elles permettant ainsi d’étudier la distribution spatiale des niveaux de vulnérabilité des sols avec un niveau de détails beaucoup plus fin que celui obtenu avec des images souvent utilisées dans des études environnementales telles que AVHRR de la série de satellites NOAA (résolution kilométrique). De plus, l’archive complet des images Landsat-5 et Landsat-7 couvrant une période de plus de 20 ans est aujourd’hui facilement accessible. Parmi les paramètres utilisés dans les modèles d’érosion éolienne, nous avons identifiés ceux qui sont estimables par l’imagerie satellitale soit directement (exemple, fraction du couvert végétal) soit indirectement (exemple, caractérisation des sols par leur niveau d’érodabilité). En exploitant aussi le peu de données disponibles dans la région (données climatiques, carte morphopédologique) nous avons élaboré une base de données décrivant l’état des lieux dans la période de 1988 à 2002 et ce, selon les deux saisons caractéristiques de la région : la saison des pluies et la saison sèche. Ces données par date d’acquisition des images Landsat utilisées ont été considérées comme des intrants (critères) dans un modèle empirique que nous avons élaboré en modulant l’impact de chacun des critères (poids et scores). À l’aide de ce modèle, nous avons créé des cartes montrant les degrés de vulnérabilité dans la région à l’étude, et ce par date d’acquisition des images Landsat. Suite à une série de tests pour valider la cohérence interne du modèle, nous avons analysé nos cartes afin de conclure sur la dynamique du processus pendant la période d’étude. Nos principales conclusions sont les suivantes : 1) le modèle élaboré montre une bonne cohérence interne et est sensible aux variations spatiotemporelles des facteurs pris en considération 2); tel qu’attendu, parmi les facteurs utilisés pour expliquer la vulnérabilité des sols, la végétation vivante et l’érodabilité sont les plus importants ; 3) ces deux facteurs présentent une variation importante intra et inter-saisonnière de sorte qu’il est difficile de dégager des tendances à long terme bien que certaines parties du territoire (Nord et Est) aient des indices de vulnérabilité forts, peu importe la saison ; 4) l’analyse diachronique des cartes des indices de vulnérabilité confirme le caractère saisonnier des niveaux de vulnérabilité dans la mesure où les superficies occupées par les faibles niveaux de vulnérabilité augmentent en saison des pluies, donc lorsque l’humidité surfacique et la végétation active notamment sont importantes, et décroissent en saison sèche ; 5) la susceptibilité, c’est-à-dire l’impact du vent sur la vulnérabilité est d’autant plus forte que la vitesse du vent est élevée et que la vulnérabilité est forte. Sur les zones où la vulnérabilité est faible, les vitesses de vent élevées ont moins d’impact. Dans notre étude, nous avons aussi inclus une analyse comparative entre les facteurs extraits des images Landsat et celles des images hyperspectrales du satellite expérimental HYPERION. Bien que la résolution spatiale de ces images soit similaire à celle de Landsat, les résultats obtenus à partir des images HYPERION révèlent un niveau de détail supérieur grâce à la résolution spectrale de ce capteur permettant de mieux choisir les bandes spectrales qui réagissent le plus avec le facteur étudié. Cette étude comparative démontre que dans un futur rapproché, l’amélioration de l’accessibilité à ce type d’images permettra de raffiner davantage le calcul de l’indice de vulnérabilité par notre modèle. En attendant cette possibilité, on peut de contenter de l’imagerie Landsat qui offre un support d’informations permettant tout de même d’évaluer le niveau de fragilisation des sols par l’action du vent et par la dynamique des caractéristiques des facteurs telles que la couverture végétale aussi bien vivante que sénescente.

L’utilisation de la polarimétrie radar et de la décomposition de Touzi pour la caractérisation et la classification des physionomies végétales des milieux humides : le cas du Lac Saint-Pierre.

Les milieux humides remplissent plusieurs fonctions écologiques d’importance et contribuent à la biodiversité de la faune et de la flore. Même s’il existe une reconnaissance croissante sur l’importante de protéger ces milieux, il n’en demeure pas moins que leur intégrité est encore menacée par la pression des activités humaines. L’inventaire et le suivi systématique des milieux humides constituent une nécessité et la télédétection est le seul moyen réaliste d’atteindre ce but. L’objectif de cette thèse consiste à contribuer et à améliorer la caractérisation des milieux humides en utilisant des données satellites acquises par des radars polarimétriques en bande L (ALOS-PALSAR) et C (RADARSAT-2). Cette thèse se fonde sur deux hypothèses (chap. 1). La première hypothèse stipule que les classes de physionomies végétales, basées sur la structure des végétaux, sont plus appropriées que les classes d’espèces végétales car mieux adaptées au contenu informationnel des images radar polarimétriques. La seconde hypothèse stipule que les algorithmes de décompositions polarimétriques permettent une extraction optimale de l’information polarimétrique comparativement à une approche multipolarisée basée sur les canaux de polarisation HH, HV et VV (chap. 3). En particulier, l’apport de la décomposition incohérente de Touzi pour l’inventaire et le suivi de milieux humides est examiné en détail. Cette décomposition permet de caractériser le type de diffusion, la phase, l’orientation, la symétrie, le degré de polarisation et la puissance rétrodiffusée d’une cible à l’aide d’une série de paramètres extraits d’une analyse des vecteurs et des valeurs propres de la matrice de cohérence. La région du lac Saint-Pierre a été sélectionnée comme site d’étude étant donné la grande diversité de ses milieux humides qui y couvrent plus de 20 000 ha. L’un des défis posés par cette thèse consiste au fait qu’il n’existe pas de système standard énumérant l’ensemble possible des classes physionomiques ni d’indications précises quant à leurs caractéristiques et dimensions. Une grande attention a donc été portée à la création de ces classes par recoupement de sources de données diverses et plus de 50 espèces végétales ont été regroupées en 9 classes physionomiques (chap. 7, 8 et 9). Plusieurs analyses sont proposées pour valider les hypothèses de cette thèse (chap. 9). Des analyses de sensibilité par diffusiogramme sont utilisées pour étudier les caractéristiques et la dispersion des physionomies végétales dans différents espaces constitués de paramètres polarimétriques ou canaux de polarisation (chap. 10 et 12). Des séries temporelles d’images RADARSAT-2 sont utilisées pour approfondir la compréhension de l’évolution saisonnière des physionomies végétales (chap. 12). L’algorithme de la divergence transformée est utilisé pour quantifier la séparabilité entre les classes physionomiques et pour identifier le ou les paramètres ayant le plus contribué(s) à leur séparabilité (chap. 11 et 13). Des classifications sont aussi proposées et les résultats comparés à une carte existante des milieux humide du lac Saint-Pierre (14). Finalement, une analyse du potentiel des paramètres polarimétrique en bande C et L est proposé pour le suivi de l’hydrologie des tourbières (chap. 15 et 16). Les analyses de sensibilité montrent que les paramètres de la 1re composante, relatifs à la portion dominante (polarisée) du signal, sont suffisants pour une caractérisation générale des physionomies végétales. Les paramètres des 2e et 3e composantes sont cependant nécessaires pour obtenir de meilleures séparabilités entre les classes (chap. 11 et 13) et une meilleure discrimination entre milieux humides et milieux secs (chap. 14). Cette thèse montre qu’il est préférable de considérer individuellement les paramètres des 1re, 2e et 3e composantes plutôt que leur somme pondérée par leurs valeurs propres respectives (chap. 10 et 12). Cette thèse examine également la complémentarité entre les paramètres de structure et ceux relatifs à la puissance rétrodiffusée, souvent ignorée et normalisée par la plupart des décompositions polarimétriques. La dimension temporelle (saisonnière) est essentielle pour la caractérisation et la classification des physionomies végétales (chap. 12, 13 et 14). Des images acquises au printemps (avril et mai) sont nécessaires pour discriminer les milieux secs des milieux humides alors que des images acquises en été (juillet et août) sont nécessaires pour raffiner la classification des physionomies végétales. Un arbre hiérarchique de classification développé dans cette thèse constitue une synthèse des connaissances acquises (chap. 14). À l’aide d’un nombre relativement réduit de paramètres polarimétriques et de règles de décisions simples, il est possible d’identifier, entre autres, trois classes de bas marais et de discriminer avec succès les hauts marais herbacés des autres classes physionomiques sans avoir recours à des sources de données auxiliaires. Les résultats obtenus sont comparables à ceux provenant d’une classification supervisée utilisant deux images Landsat-5 avec une exactitude globale de 77.3% et 79.0% respectivement. Diverses classifications utilisant la machine à vecteurs de support (SVM) permettent de reproduire les résultats obtenus avec l’arbre hiérarchique de classification. L’exploitation d’une plus forte dimensionalitée par le SVM, avec une précision globale maximale de 79.1%, ne permet cependant pas d’obtenir des résultats significativement meilleurs. Finalement, la phase de la décomposition de Touzi apparaît être le seul paramètre (en bande L) sensible aux variations du niveau d’eau sous la surface des tourbières ouvertes (chap. 16). Ce paramètre offre donc un grand potentiel pour le suivi de l’hydrologie des tourbières comparativement à la différence de phase entre les canaux HH et VV. Cette thèse démontre que les paramètres de la décomposition de Touzi permettent une meilleure caractérisation, de meilleures séparabilités et de meilleures classifications des physionomies végétales des milieux humides que les canaux de polarisation HH, HV et VV. Le regroupement des espèces végétales en classes physionomiques est un concept valable. Mais certaines espèces végétales partageant une physionomie similaire, mais occupant un milieu différent (haut vs bas marais), ont cependant présenté des différences significatives quant aux propriétés de leur rétrodiffusion.

Magnetic interactions between transition metal impurities and clusters mediated by low-dimensional metallic hosts: A first principles theoretical investigation

The magnetic properties and interactions between transition metal (TM) impurities and clusters in low-dimensional metallic hosts are studied using a first principles theoretical method. In the first part of this work, the effect of magnetic order in 3d-5d systems is addressed from the perspective of its influence on the enhancement of the magnetic anisotropy energy (MAE). In the second part, the possibility of using external electric fields (EFs) to control the magnetic properties and interactions between nanoparticles deposited at noble metal surfaces is investigated. The influence of 3d composition and magnetic order on the spin polarization of the substrate and its consequences on the MAE are analyzed for the case of 3d impurities in one- and two-dimensional polarizable hosts. It is shown that the MAE and easy- axis of monoatomic free standing 3d-Pt wires is mainly determined by the atomic spin-orbit (SO) coupling contributions. The competition between ferromagnetic (FM) and antiferromagnetic (AF) order in FePtn wires is studied in detail for n=1-4 as a function of the relative position between Fe atoms. Our results show an oscillatory behavior of the magnetic polarization of Pt atoms as a function of their distance from the magnetic impurities, which can be correlated to a long-ranged magnetic coupling of the Fe atoms. Exceptionally large variations of the induced spin and orbital moments at the Pt atoms are found as a function of concentration and magnetic order. Along with a violation of the third Hund’s rule at the Fe sites, these variations result in a non trivial behavior of the MAE. In the case of TM impurities and dimers at the Cu(111), the effects of surface charging and applied EFs on the magnetic properties and substrate-mediated magnetic interactions have been investigated. The modifications of the surface electronic structure, impurity local moments and magnetic exchange coupling as a result of the EF-induced metallic screening and charge rearrangements are analysed. In a first study, the properties of surface substitutional Co and Fe impurities are investigated as a function of the external charge per surface atom q. At large inter-impurity distances the effective magnetic exchange coupling ∆E between impurities shows RKKY-like oscillations as a function of the distance which are not significantly affected by the considered values of q. For distances r < 10 Å, important modifications in the magnitude of ∆E, involving changes from FM to AF coupling, are found depending non-monotonously on the value and polarity of q. The interaction energies are analysed from a local perspective. In a second study, the interplay between external EF effects, internal magnetic order and substrate-mediated magnetic coupling has been investigated for Mn dimers on Cu(111). Our calculations show that EF (∼ 1eV/Å) can induce a switching from AF to FM ground-state magnetic order within single Mn dimers. The relative coupling between a pair of dimers also shows RKKY-like oscillations as a function of the inter-dimer distance. Their effective magnetic exchange interaction is found to depend significantly on the magnetic order within the Mn dimers and on their relative orientation on the surface. The dependence of the substrate-mediated interaction on the magnetic state of the dimers is qualitatively explained in terms of the differences in the scattering of surface electrons. At short inter-dimer distances, the ground-state configuration is determined by an interplay between exchange interactions and EF effects. These results demonstrate that external surface charging and applied EFs offer remarkable possibilities of manipulating the sign and strength of the magnetic coupling of surface supported nanoparticles.

Evaluation of the Met Office global forecast model using Geostationary Earth Radiation Budget (GERB) data

Simulations of the top-of-atmosphere radiative-energy budget from the Met Office global numerical weather-prediction model are evaluated using new data from the Geostationary Earth Radiation Budget (GERB) instrument on board the Meteosat-8 satellite. Systematic discrepancies between the model simulations and GERB measurements greater than 20 Wm-2 in outgoing long-wave radiation (OLR) and greater than 60 Wm-2 in reflected short-wave radiation (RSR) are identified over the period April-September 2006 using 12 UTC data. Convective cloud over equatorial Africa is spatially less organized and less reflective than in the GERB data. This bias depends strongly on convective-cloud cover, which is highly sensitive to changes in the model convective parametrization. Underestimates in model OLR over the Gulf of Guinea coincide with unrealistic southerly cloud outflow from convective centres to the north. Large overestimates in model RSR over the subtropical ocean, greater than 50 Wm-2 at 12 UTC, are explained by unrealistic radiative properties of low-level cloud relating to overestimation of cloud liquid water compared with independent satellite measurements. The results of this analysis contribute to the development and improvement of parametrizations in the global forecast model.

Air-earth current density measurements at Lerwick; implications for seasonality in the global electric circuit

Atmospheric electricity measurements were made at Lerwick Observatory in the Shetland Isles (60°09′N, 1°08′W) during most of the 20th century. The Potential Gradient (PG) was measured from 1926 to 84 and the air-earth conduction current (Jc) was measured during the final decade of the PG measurements. Daily Jc values (1978–1984) observed at 15 UT are presented here for the first time, with independently-obtained PG measurements used to select valid data. The 15 UT Jc (1978–1984) spans 0.5–9.5 pA/m2, with median 2.5 pA/m2; the columnar resistance at Lerwick is estimated as 70 PΩm2. Smoke measurements confirm the low pollution properties of the site. Analysis of the monthly variation of Lerwick Jc data shows that winter (DJF) Jc is significantly greater than the summer (JJA) Jc by 20%. The Lerwick atmospheric electricity seasonality differs from the global lightning seasonality, but Jc has a similar seasonal phasing to that observed in Nimbostratus clouds globally, suggesting a role for non-thunderstorm rain clouds in the seasonality of the global circuit.