WikiSort.ru - Не сортированное

Резона́нсом Шу́мана называется явление образования стоячих электромагнитных волн низких и сверхнизких частот между поверхностью Земли и ионосферой.

Земля и её ионосфера — это гигантский сферический резонатор, полость которого заполнена слабоэлектропроводящей средой. Если возникшая в этой среде электромагнитная волна после огибания земного шара снова совпадает с собственной фазой (входит в резонанс), то она может существовать долгое время.

Математическая модель

Рассмотрим объёмный резонатор, состоящий из двух концентрических проводящих сфер^[1]. Внутренняя сфера представляет собой поверхность Земли, а внешняя — ионизированный газ ионосферы, находящийся на высоте около 80 км над землёй.

Предположим, что электромагнитная волна, n раз отражаясь попеременно от поверхности Земли и ионосферы, огибает земной шар. Если на окружности Земли укладывается целое число отражений, то возникает резонанс, и такая волна может существовать продолжительное время. Считая, что волна распространяется со скоростью света с = 300 000 км/с, а окружность Земли составляет L = 40 000 км, получим частоту колебаний, равную

${\displaystyle f_{n}={\frac {cn}{L}}\approx 7{,}5n{\text{ Гц}}.}$

Для первых пяти гармоник эта формула даёт ряд частот 7,5 — 15,0 — 22,5 — 30,0 — 37,5 … Гц. Сравнивая теоретические частоты с частотами, полученными экспериментально (7,83 — 14,1 — 20,3 — 26,4 — 32,4 … Гц), заметим, что при хорошем совпадении частоты первой гармоники ошибка с ростом n увеличивается.

В своей оригинальной работе^[2] Винфрид Отто Шуман проанализировал колебания, возникающие в сферическом объёмном резонаторе. При этом он учитывал, что поверхность земли имеет постоянную проводимость около σ = 10⁻³ См/м, а проводимость ионосферы на высотах 70—90 км меняется в пределах σ = 10⁻⁵—10⁻³ См/м. Из-за этого средняя скорость распространения электромагнитной волны V(σ) примерно на 20 % меньше, чем при отражении от сферы с бесконечной проводимостью. Для частоты n-й гармоники Шуман получил

${\displaystyle f_{n}={\frac {V(\sigma )}{L}}{\sqrt {n(n+1)}}\approx 6{,}0{\sqrt {n(n+1)}}{\text{ Гц}},}$

что для первых пяти гармоник даёт 8,5 — 14,7 — 20,8 — 26,8 — 32,9 Гц.

Причины возникновения волн

Существует несколько гипотез возникновения электромагнитных волн в полости Земля — ионосфера

«Грозовая» гипотеза

Разряды молнии, как полагают, являются первичным естественным источником возбуждения резонанса Шумана. Молнии ведут себя как огромные передатчики, которые излучают электромагнитную энергию на частотах ниже 100 кГц^[3]. Они-то и являются причиной возбуждения электромагнитных колебаний в широком диапазоне частот. Данным явлением и объясняется, по мнению большинства специалистов, наличие устойчивых сверхнизкочастотных колебаний, которые практически не затухают и имеют фиксированные частоты.

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

История исследований

Впервые наличие стоячих электромагнитных волн и их частоты в системе «поверхность Земли — ионосфера» было предсказано ирландским физиком Дж. Ф. Фицджеральдом в 1893 году^[4][5]. В 1900 году, по всей видимости независимо, к схожему выводу пришёл Никола Тесла, запатентовавший в 1905 году своё открытие^[6]. Тесла охарактеризовал Землю как резонансный контур; он был недалёк от истины — по его подсчётам, резонанс составлял 6,18—30 Гц ^[7](эти значения довольно близки к полученным экспериментально 7,83—32,4 Гц). Однако, английский физик Оливер Хэвисайд предположил наличие ионизированного слоя в атмосфере ещё в 1902 году.

Однако систематическое изучение эффекта, позднее ставшего известным как «резонанс Шумана», началось только спустя почти 50 лет. Предположение о существовании резонанса электромагнитных волн в пространстве Земля — ионосфера высказал профессор Мюнхенского университета В. О. Шуман в 1952 году^[8]. Основные результаты его исследований были опубликованы им в трёх статьях^[9][10][11].

Первое бесспорное экспериментальное подтверждение наличия резонансов Шумана было сделано в 1960 году^[12].

Продолжил изучение Вольфганг Людвиг, проводивший эксперименты в открытом море и в подземных шахтах. В. Людвиг выпустил книгу о резонансе Шумана «Информативная медицина»^{[источник не указан 717 дней]}.

Затруднения в исследовании волн Шумана обусловлены тем, что для их приёма требуется специальная очень чувствительная аппаратура^[13] и соответствующая окружающая обстановка: даже движение деревьев, животных или людей рядом с приёмником может повлиять на его показания^[14].

В сентябре 2011 г. волны резонанса Шумана были зарегистрированы на высоте до 850 км спутником en:C/NOFS^[15]. Ранее ограничением высоты таких волн считалось 100 км.^[16]

Станции для постоянного наблюдения за резонансом Шумана^{[источник не указан 717 дней]} располагаются:

• Россия, г. Томск, Томский государственный университет. Данные на сайте обновляются каждые два часа;
• Словакия, г. Модра, геофизическая обсерватория (недоступная ссылка с 26-02-2017 [717 дней]).

Ссылки

• Zaubergesänge der Erde  (нем.): звуковые записи элементарного резонанса Шумана, грозы и электросмога.

Примечания