www.wikidata.uk-ua.nina.az

Резонанс Шумана Резона нс Шу мана явище появи стоячих електромагнітних хвиль низьких і наднизьких частот в атмосфері між

Резонанс Шумана

Резона́нс Шу́мана — явище появи стоячих електромагнітних хвиль низьких і наднизьких частот в атмосфері (між поверхнею Землі та іоносферою). Вперше передбачене німецьким фізиком Вінфрідом Шуманом. Земля та її іоносфера — це гігантський сферичний резонатор, порожнина якого має низьку електропровідність. Якщо електромагнітна хвиля, що виникла в цьому середовищі, після огинання земної кулі знову збігається із власною фазою (входить у резонанс), то вона може існувати довгий час.

Анімація резонансу Шумана в атмосфері Землі.
Електромагнітні коливання наднизької частоти, які виникать в резонансній порожнині між поверхнею Землі й іоносферою (резонанс Шумана).
Типовий спектр електромагнітних коливань наднизької частоти з резонансами Шумана. Пік на 50 Гц зумовлений частотою змінного струму у промисловій електромережі.
Типовий добовий хід частоти першої гармоніки резонансу Шумана.

Математична модель Редагувати

Найпростіша модель сферичного об'ємного резонатора

Розглянемо об'ємний резонатор, що складається з двох концентричних електропровідних сфер. Внутрішню сферу представляє поверхня Землі, а зовнішню — іонізований газ іоносфери, що на висоті близько 80 км над поверхнею землі.

Припустимо, що електромагнітна хвиля, n раз відбиваючись від поверхні Землі та іоносфери, огинає земну кулю. Якщо на шляху довкола Землі укладається ціле число відбивань, то виникає резонанс, і така хвиля може існувати тривалий час. Вважаючи, що хвиля поширюється зі швидкістю світла с = 300 000 км/с, а довжина екватора Землі становить L = 40 000 км, отримаємо частоту коливань, що дорівнює

Для перших п'яти гармонік ця формула дає ряд частот 7,5 — 15,0 — 22,5 — 30,0 — 37,5 … Гц. Порівнюючи теоретичні частоти з частотами, отриманими експериментально (7,83 — 14,1 — 20,3 — 26,4 — 32,4 … Гц), бачимо, що при хорошому збігу частоти першої гармоніки похибка з ростом n збільшується.

У своїй оригінальній роботі Шуман проаналізував коливання, що виникають у сферичному об'ємному резонаторі. При цьому він враховував, що поверхня землі має сталу провідність близько σ = 10−3 См / м, а провідність іоносфери на висотах 70—90 км змінюється в межах σ = 10−5—10−3 См/м. Через це середня швидкість поширення електромагнітної хвилі V (σ) приблизно на 20 % менше, ніж при відбитті від сфери з нескінченною провідністю. Для частоти n-ї гармоніки Шуман отримав

що для перших п'яти гармонік дає 8,5 — 14,7 — 20,8 — 26,8 — 32,9 Гц.

Причини виникнення хвиль Редагувати

Існує декілька гіпотез виникнення електромагнітних хвиль у порожнечі Земля—іоносфера

«Грозова» гіпотеза Редагувати

Розряди блискавки, як вважають, є первинним природним джерелом збудження резонансу Шумана. Блискавки виступають як величезні передавачі, які випромінюють електромагнітну енергію на частотах до 100 кГц. Саме вони є причиною збудження електромагнітних коливань у широкому діапазоні частот. Це явище, на думку більшості фахівців, пояснює наявність стійких наднизькочастотних коливань, які майже не загасають і мають фіксовані частоти.

Характеристики Редагувати

Після численних досліджень і повторних оглядів було точно визначено частоту резонансу Шумана — 7,83 Гц. Через хвильові процеси в плазмі всередині Землі найчіткіше спостерігаються піки на частотах приблизно 8, 14, 20, 26, 32 Гц. Для основної, найнижчої частоти, можливі варіації у межах — 1 Гц, але здебільшого протягом доби розкид резонансних частот лежить у межах ± (0, — ,2) Гц[уточнити]. Спектральна густина коливань становить 0,1 мВ/м.

Інтенсивність резонансних коливань та їх частот залежать від таких чинників.

  • Час доби. Уночі амплітуда резонансних хвиль менша у 5—10 разів через зменшення швидкості витрати води в океанському конвеєрі (ОК), зменшення взаємних швидкостей петель ОК.
  • Пора року. У літні місяці (з травня по серпень у північній півкулі) частоти резонансів підвищуються. У південній півкулі підвищення частот резонансів відбувається з листопада по лютий;
  • Місце на земній кулі. Хвилі Шумана найчіткіше виражені поблизу світових осередків гроз: Африка, Південна Америка, Індонезія, Індія (в місцях односпрямованих петель витрати води в ОК). У приполярних регіонах амплітудні піки на цих частотах вже не настільки виражені (мінімальна струмова складова вектора напруженості електричного поля Е). На полюсах максимальний вектор напруженості магнітного поля Н, вектор Е мінімальний, на екваторі навпаки.
  • Сонячна активність. Під час магнітних бур їх інтенсивність зростає на 15 %. Є випадки збудження частот в 12 500 Гц, що відповідає руху в ядрі Землі на відстані 3,6 км від центру ядра Землі.
  • Швидкість витрати води в ОК.
  • Фаза Місяця.
  • Період сонячної активності.

Починаючи з 2000 року, частота резонансу Шумана з 7,83 Гц почала стрімко збільшуватися, хоча до того століттями вона була сталою та не змінювалася. 17 червня 2023 року частота резонансу Шумана сягнула позначки 190 Гц. Це означає, що наша Земля знаходиться у процесі глобальних змін.

Історія досліджень Редагувати

Уперше наявність стоячих електромагнітних хвиль та їхні частоти в системі «поверхня Землі — іоносфера» передбачив ірландський фізик Джордж Френсіс Фіцджеральд в 1893 році. У 1900 році, найпевніш незалежно, до подібного висновку прийшов Нікола Тесла, який запатентував у 1905 році своє відкриття. Н. Тесла, проте, як видно, не знав про існування іоносферного шару і взагалі про провідність атмосфери, тому розраховані ним частоти резонансів виявилися хибними.

Однак систематичне вивчення ефекту, що пізніше став відомий як «резонанс Шумана», почалося тільки через майже 50 років. Припущення про існування резонансу електромагнітних хвиль у просторі Земля — ​​іоносфера висловив професор Мюнхенського університету Вінфрід Отто Шуман у 1952 році. Основні результати досліджень він опублікував у трьох статтях.

Перше беззаперечне експериментальне підтвердження наявності резонансів Шумана зроблено в 1960 році. Продовжив вивчення Вольфганг Людвіг, який проводив експерименти у відкритому морі і в підземних шахтах. Він випустив книгу про резонанс Шумана «Інформативна медицина».

Труднощі в дослідженні хвиль Шумана обумовлені тим, що для їх приймання потрібна спеціальна надчутлива апаратура і відповідне навколишнє оточення: навіть рух дерев, тварин або людей поруч із приймачем може вплинути на його покази.

У вересні 2011 року хвилі резонансу Шумана зареєстровано на висоті до 850 км супутником C/NOFS[en]. Раніше межею висоти таких хвиль вважались 100 км.

Розміщення станцій постійного спостереження за резонансом Шумана:

Згадки в популярній культурі Редагувати

  • Резонанс Шумана грає важливу роль у поясненні технології в науково-фантастичному серіалі Експерименти Лейн.
  • В одному зі сезонів X-Files у серії 3x03 (D.P.O.) агент Малдер згадує резонанс Шумана.

Примітки Редагувати

  1. Kristian Schlegel, Martin Füllekrug: Weltweite Ortung von Blitzen: 50 Jahre Schumann-Resonanzen. Physik in unserer Zeit 33(6), S. 256—261 (2002), ISSN 0031-9252. Английский перевод: 50 Years of Schumann Resonance [ 4 березня 2016 у Wayback Machine.]
  2. Schumann, W. O., Über die strahlungslosen Eigenschwingungen einer leitenden Kugel, die von einer Luftschicht und einer Ionosphärenhülle umgeben ist, Z. Naturforsch. 7a, 149, (1952)
  3. Volland, H. (1984). Atmospheric Electrodynamics. Springer-Verlag, Berlin. 
  4. Grazyna Fosar and Franz Bludorf Transition to the age of frequencies [ 29 червня 2014 у Wayback Machine.](англ.).
  5. Земля підвищує свої вібрації: що буде з людством. // Автор: Віра Хмельницька. 17.07.2023, 04:35
  6. G. F. FitzGerald, «On the period of vibration of electrical disturbances upon the Earth» Rep. Br. Assoc. Adv. Sc. 63, 682 (1893) [Abstract]
  7. «The period of vibration of disturbances of electrification of the earth» Nature 48, No. 1248, 526 (September 28, 1893)
  8. N. Tesla, U.S. Patent No. 787, 412 [ 9 березня 2016 у Wayback Machine.] (April 18, 1905)
  9. J. D. Jackson, Examples of the Zeroth Theorem of the History of Physics, Am. J. Phys, arXiv:0708.4249
  10. У деяких джерелах — в 1949 році.
  11. W.O. Schumann, Über die strahlungslosen Eigenschwingungen einer leitenden Kugel, die von einer Luftschicht und einer Ionosphärenhülle umgeben ist, Zeitschrift und Naturfirschung 7a, 1952, SS. 149—154
  12. W.O. Schumann, Über die Dämpfung der elektromagnetischen Eigenschwingnugen des Systems Erde — Luft — Ionosphäre, Zeitschrift und Naturfirschung 7a, 1952, SS. 250—252
  13. W.O. Schumann, Über die Ausbreitung sehr Langer elektriseher Wellen um die Signale des Blitzes[недоступне посилання з листопадаа 2019], Nuovo Cimento 9, 1952, pp. 1116—1138. doi:10.1007/BF02782924
  14. B. P. Besser, «Synopsis of the historical development of Schumann resonances» Radio Science, 42, RS2S02 pp. 20 (2007).
  15. Schumann resonance [ 6 грудня 2009 у Wayback Machine.](англ.)
  16. Well illustrated study from the University of Iowa [ 11 жовтня 2009 у Wayback Machine.](англ.)
  17. (англ.). 16 листопада 2011. Архів оригіналу за 3 грудня 2011. Процитовано 30 листопада 2011. 
  18. Учёные открыли утечку волн от молний в космос (рос.). 30 ноября 2011. Архів оригіналу за 9 лютого 2012. Процитовано 30 листопада 2011. 
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Rezona ns Shu mana yavishe poyavi stoyachih elektromagnitnih hvil nizkih i nadnizkih chastot v atmosferi mizh poverhneyu Zemli ta ionosferoyu Vpershe peredbachene nimeckim fizikom Vinfridom Shumanom Zemlya ta yiyi ionosfera ce gigantskij sferichnij rezonator porozhnina yakogo maye nizku elektroprovidnist Yaksho elektromagnitna hvilya sho vinikla v comu seredovishi pislya oginannya zemnoyi kuli znovu zbigayetsya iz vlasnoyu fazoyu vhodit u rezonans to vona mozhe isnuvati dovgij chas source source source source source source Animaciya rezonansu Shumana v atmosferi Zemli Elektromagnitni kolivannya nadnizkoyi chastoti yaki vinikat v rezonansnij porozhnini mizh poverhneyu Zemli j ionosferoyu rezonans Shumana Tipovij spektr elektromagnitnih kolivan nadnizkoyi chastoti z rezonansami Shumana Pik na 50 Gc zumovlenij chastotoyu zminnogo strumu u promislovij elektromerezhi Tipovij dobovij hid chastoti pershoyi garmoniki rezonansu Shumana Zmist 1 Matematichna model 2 Prichini viniknennya hvil 2 1 Grozova gipoteza 3 Harakteristiki 4 Istoriya doslidzhen 5 Zgadki v populyarnij kulturi 6 PrimitkiMatematichna model Redaguvati nbsp Najprostisha model sferichnogo ob yemnogo rezonatoraRozglyanemo ob yemnij rezonator sho skladayetsya z dvoh koncentrichnih elektroprovidnih sfer 1 Vnutrishnyu sferu predstavlyaye poverhnya Zemli a zovnishnyu ionizovanij gaz ionosferi sho na visoti blizko 80 km nad poverhneyu zemli Pripustimo sho elektromagnitna hvilya n raz vidbivayuchis vid poverhni Zemli ta ionosferi oginaye zemnu kulyu Yaksho na shlyahu dovkola Zemli ukladayetsya cile chislo vidbivan to vinikaye rezonans i taka hvilya mozhe isnuvati trivalij chas Vvazhayuchi sho hvilya poshiryuyetsya zi shvidkistyu svitla s 300 000 km s a dovzhina ekvatora Zemli stanovit L 40 000 km otrimayemo chastotu kolivan sho dorivnyuye f n c n L 7 5 n Hz displaystyle f n frac cn L approx 7 5n text Hz nbsp Dlya pershih p yati garmonik cya formula daye ryad chastot 7 5 15 0 22 5 30 0 37 5 Gc Porivnyuyuchi teoretichni chastoti z chastotami otrimanimi eksperimentalno 7 83 14 1 20 3 26 4 32 4 Gc bachimo sho pri horoshomu zbigu chastoti pershoyi garmoniki pohibka z rostom n zbilshuyetsya U svoyij originalnij roboti 2 Shuman proanalizuvav kolivannya sho vinikayut u sferichnomu ob yemnomu rezonatori Pri comu vin vrahovuvav sho poverhnya zemli maye stalu providnist blizko s 10 3 Sm m a providnist ionosferi na visotah 70 90 km zminyuyetsya v mezhah s 10 5 10 3 Sm m Cherez ce serednya shvidkist poshirennya elektromagnitnoyi hvili V s priblizno na 20 menshe nizh pri vidbitti vid sferi z neskinchennoyu providnistyu Dlya chastoti n yi garmoniki Shuman otrimav f n V s L n n 1 6 0 n n 1 Hz displaystyle f n frac V sigma L sqrt n n 1 approx 6 0 sqrt n n 1 text Hz nbsp sho dlya pershih p yati garmonik daye 8 5 14 7 20 8 26 8 32 9 Gc Prichini viniknennya hvil RedaguvatiIsnuye dekilka gipotez viniknennya elektromagnitnih hvil u porozhnechi Zemlya ionosfera Grozova gipoteza Redaguvati Rozryadi bliskavki yak vvazhayut ye pervinnim prirodnim dzherelom zbudzhennya rezonansu Shumana Bliskavki vistupayut yak velichezni peredavachi yaki viprominyuyut elektromagnitnu energiyu na chastotah do 100 kGc 3 Same voni ye prichinoyu zbudzhennya elektromagnitnih kolivan u shirokomu diapazoni chastot Ce yavishe na dumku bilshosti fahivciv poyasnyuye nayavnist stijkih nadnizkochastotnih kolivan yaki majzhe ne zagasayut i mayut fiksovani chastoti Harakteristiki RedaguvatiPislya chislennih doslidzhen i povtornih oglyadiv bulo tochno viznacheno chastotu rezonansu Shumana 7 83 Gc Cherez hvilovi procesi v plazmi vseredini Zemli najchitkishe sposterigayutsya piki na chastotah priblizno 8 14 20 26 32 Gc Dlya osnovnoyi najnizhchoyi chastoti mozhlivi variaciyi u mezhah 1 Gc ale zdebilshogo protyagom dobi rozkid rezonansnih chastot lezhit u mezhah 0 2 Gc utochniti Spektralna gustina kolivan stanovit 0 1 mV m Intensivnist rezonansnih kolivan ta yih chastot zalezhat vid takih chinnikiv Chas dobi Unochi amplituda rezonansnih hvil mensha u 5 10 raziv cherez zmenshennya shvidkosti vitrati vodi v okeanskomu konveyeri OK zmenshennya vzayemnih shvidkostej petel OK Pora roku U litni misyaci z travnya po serpen u pivnichnij pivkuli chastoti rezonansiv pidvishuyutsya 4 U pivdennij pivkuli pidvishennya chastot rezonansiv vidbuvayetsya z listopada po lyutij Misce na zemnij kuli Hvili Shumana najchitkishe virazheni poblizu svitovih oseredkiv groz Afrika Pivdenna Amerika Indoneziya Indiya v miscyah odnospryamovanih petel vitrati vodi v OK U pripolyarnih regionah amplitudni piki na cih chastotah vzhe ne nastilki virazheni minimalna strumova skladova vektora napruzhenosti elektrichnogo polya E Na polyusah maksimalnij vektor napruzhenosti magnitnogo polya N vektor E minimalnij na ekvatori navpaki Sonyachna aktivnist Pid chas magnitnih bur yih intensivnist zrostaye na 15 Ye vipadki zbudzhennya chastot v 12 500 Gc sho vidpovidaye ruhu v yadri Zemli na vidstani 3 6 km vid centru yadra Zemli Shvidkist vitrati vodi v OK Faza Misyacya Period sonyachnoyi aktivnosti Pochinayuchi z 2000 roku chastota rezonansu Shumana z 7 83 Gc pochala strimko zbilshuvatisya hocha do togo stolittyami vona bula staloyu ta ne zminyuvalasya 17 chervnya 2023 roku chastota rezonansu Shumana syagnula poznachki 190 Gc Ce oznachaye sho nasha Zemlya znahoditsya u procesi globalnih zmin 5 Istoriya doslidzhen RedaguvatiUpershe nayavnist stoyachih elektromagnitnih hvil ta yihni chastoti v sistemi poverhnya Zemli ionosfera peredbachiv irlandskij fizik Dzhordzh Frensis Ficdzherald v 1893 roci 6 7 U 1900 roci najpevnish nezalezhno do podibnogo visnovku prijshov Nikola Tesla yakij zapatentuvav u 1905 roci svoye vidkrittya 8 N Tesla prote yak vidno ne znav pro isnuvannya ionosfernogo sharu i vzagali pro providnist atmosferi tomu rozrahovani nim chastoti rezonansiv viyavilisya hibnimi 9 Odnak sistematichne vivchennya efektu sho piznishe stav vidomij yak rezonans Shumana pochalosya tilki cherez majzhe 50 rokiv Pripushennya pro isnuvannya rezonansu elektromagnitnih hvil u prostori Zemlya ionosfera visloviv profesor Myunhenskogo universitetu Vinfrid Otto Shuman u 1952 roci 10 Osnovni rezultati doslidzhen vin opublikuvav u troh stattyah 11 12 13 Pershe bezzaperechne eksperimentalne pidtverdzhennya nayavnosti rezonansiv Shumana zrobleno v 1960 roci 14 Prodovzhiv vivchennya Volfgang Lyudvig yakij provodiv eksperimenti u vidkritomu mori i v pidzemnih shahtah Vin vipustiv knigu pro rezonans Shumana Informativna medicina Trudnoshi v doslidzhenni hvil Shumana obumovleni tim sho dlya yih prijmannya potribna specialna nadchutliva aparatura 15 i vidpovidne navkolishnye otochennya navit ruh derev tvarin abo lyudej poruch iz prijmachem mozhe vplinuti na jogo pokazi 16 U veresni 2011 roku 17 hvili rezonansu Shumana zareyestrovano na visoti do 850 km suputnikom C NOFS en Ranishe mezheyu visoti takih hvil vvazhalis 100 km 18 Rozmishennya stancij postijnogo sposterezhennya za rezonansom Shumana Rosiya m Tomsk Tomskij derzhavnij universitet Dani na sajti onovlyuyutsya kozhni dvi godini Slovachchina m Modra geofizichna observatoriya Zgadki v populyarnij kulturi RedaguvatiRezonans Shumana graye vazhlivu rol u poyasnenni tehnologiyi v naukovo fantastichnomu seriali Eksperimenti Lejn V odnomu zi sezoniv X Files u seriyi 3x03 D P O agent Malder zgaduye rezonans Shumana Primitki Redaguvati Kristian Schlegel Martin Fullekrug Weltweite Ortung von Blitzen 50 Jahre Schumann Resonanzen Physik in unserer Zeit 33 6 S 256 261 2002 ISSN 0031 9252 Anglijskij perevod 50 Years of Schumann Resonance Arhivovano 4 bereznya 2016 u Wayback Machine Schumann W O Uber die strahlungslosen Eigenschwingungen einer leitenden Kugel die von einer Luftschicht und einer Ionospharenhulle umgeben ist Z Naturforsch 7a 149 1952 Volland H 1984 Atmospheric Electrodynamics Springer Verlag Berlin Grazyna Fosar and Franz Bludorf Transition to the age of frequencies Arhivovano 29 chervnya 2014 u Wayback Machine angl Zemlya pidvishuye svoyi vibraciyi sho bude z lyudstvom Avtor Vira Hmelnicka 17 07 2023 04 35 G F FitzGerald On the period of vibration of electrical disturbances upon the Earth Rep Br Assoc Adv Sc 63 682 1893 Abstract The period of vibration of disturbances of electrification of the earth Nature 48 No 1248 526 September 28 1893 N Tesla U S Patent No 787 412 Arhivovano 9 bereznya 2016 u Wayback Machine April 18 1905 J D Jackson Examples of the Zeroth Theorem of the History of Physics Am J Phys arXiv 0708 4249 U deyakih dzherelah v 1949 roci W O Schumann Uber die strahlungslosen Eigenschwingungen einer leitenden Kugel die von einer Luftschicht und einer Ionospharenhulle umgeben ist Zeitschrift und Naturfirschung 7a 1952 SS 149 154 W O Schumann Uber die Dampfung der elektromagnetischen Eigenschwingnugen des Systems Erde Luft Ionosphare Zeitschrift und Naturfirschung 7a 1952 SS 250 252 W O Schumann Uber die Ausbreitung sehr Langer elektriseher Wellen um die Signale des Blitzes nedostupne posilannya z listopadaa 2019 Nuovo Cimento 9 1952 pp 1116 1138 doi 10 1007 BF02782924 B P Besser Synopsis of the historical development of Schumann resonances Radio Science 42 RS2S02 pp 20 2007 Schumann resonance Arhivovano 6 grudnya 2009 u Wayback Machine angl Well illustrated study from the University of Iowa Arhivovano 11 zhovtnya 2009 u Wayback Machine angl Satellite observations of Schumann resonances in the Earth s ionosphere angl 16 listopada 2011 Arhiv originalu za 3 grudnya 2011 Procitovano 30 listopada 2011 Uchyonye otkryli utechku voln ot molnij v kosmos ros 30 noyabrya 2011 Arhiv originalu za 9 lyutogo 2012 Procitovano 30 listopada 2011 Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Rezonans Shumana amp oldid 40713013