Шуманівські резонанси (SR) — це глобальні електромагнітні резонанси, що виникають між поверхнею Землі та іоносферою. Вони збуджуються розрядами блискавок і проявляються у вигляді чітко виражених піків у спектрі на частотах, що лежать в діапазоні від 3 до 60 Гц, з основним піком на частоті близько 7.83 Гц, а також на 14.3, 20.8, 27.3 та 33.8 Гц.
Природа Шуманівських резонансів:
- Резонансна порожнина: Шуманівські резонанси виникають в результаті того, що іоносфера, яка діє як проводящий шар, та поверхня Землі утворюють замкнуту порожнину. Електромагнітні хвилі, збуджені блискавками, проходять через цю порожнину і можуть утворювати стоячі хвилі. Хвилі ці мають різні резонансні частоти, які залежать від геометрії цієї порожнини.
- Провідність іоносфери: Іоносфера не є ідеальним резонатором через свою кінцеву провідність, що призводить до демпфування та зменшення інтенсивності резонансів, а також до більш широких піків на спектрі.
- Географічні та часові зміни: Спостереження за Шуманівськими резонансами можуть бути під впливом таких факторів, як зміни висоти іоносфери протягом доби, зміни в магнітному полі Землі, збурення в іоносфері, а також полярні ефекти і сезонні зміни.
Спостереження та використання:
- Глобальна активність блискавок: Оскільки блискавки є основним джерелом збудження Шуманівських резонансів, їх використання дозволяє відстежувати активність блискавок по всьому світу.
- Моніторинг клімату: Оскільки активність блискавок може бути пов’язана з кліматичними змінами, вивчення Шуманівських резонансів дозволяє моніторити глобальні температурні зміни та водяну пару в атмосфері.
- Дослідження іоносфери та інших планет: Шуманівські резонанси використовуються для вивчення характеристик нижньої іоносфери Землі, а також можуть бути застосовані для дослідження іоносфер інших планет.
- Прогнозування землетрусів: Існують дослідження, які припускають можливість використання Шуманівських резонансів для короткострокового прогнозування землетрусів, хоча це ще потребує подальших досліджень.
Технічні аспекти вимірювання:
Для вимірювання Шуманівських резонансів використовуються спеціалізовані сенсори:
- Магнітні котушки для вимірювання горизонтальних компонентів магнітного поля.
- Електричні антени для вимірювання вертикальних компонентів електричного поля.
- Спеціалізовані приймачі та антени з високою чутливістю для виявлення слабких сигналів у низькочастотному діапазоні.
Ідея про існування електромагнітних резонансів між Землею та іоносферою була запропонована ще в середині ХХ століття. Однак лише в 1960-х роках завдяки дослідженням Бальсера і Вагнера стали доступні методи для точного вимірювання цих резонансів. Шуманівські резонанси отримали свою назву на честь фізика Вільфріда Отто Шумана, який теоретично передбачив їх в 1952 році.
Шуманівські резонанси є унікальним природним феноменом, що дозволяє вивчати взаємодію Землі з її іоносферою та активно використовуються для досліджень у різних наукових галузях, від кліматології до геофізики. Вони забезпечують важливу інформацію про глобальні процеси, а також можуть стати корисними для моніторингу кліматичних змін та активності блискавок по всьому світу.