Шумановские резонансы
Global electromagnetic resonances, generated and excited by lightning discharges
Упрощенная художественная анимация резонанса Шумана в атмосфере Земли.
Схема резонансов Шумана в атмосфере Земли

Резонансы Шумана ( SR ) представляют собой набор спектральных пиков в крайне низкочастотной части спектра электромагнитного поля Земли . Резонансы Шумана представляют собой глобальные электромагнитные резонансы , генерируемые и возбуждаемые разрядами молний в полости, образованной поверхностью Земли и ионосферой . [1]

Описание

Глобальное явление электромагнитного резонанса названо в честь физика Винфрида Отто Шумана, который математически предсказал его в 1952 году. Резонансы Шумана являются основным фоном в части электромагнитного спектра [2] от 3 Гц до 60 Гц [3] и проявляются в виде отдельных пиков на крайне низких частотах около 7,83 Гц (основная частота), 14,3, 20,8, 27,3 и 33,8 Гц. [4]

Резонансы Шумана возникают, поскольку пространство между поверхностью Земли и проводящей ионосферой действует как закрытый, хотя и переменного размера волновод . Ограниченные размеры Земли заставляют этот волновод действовать как резонансная полость для электромагнитных волн в крайне низкочастотном диапазоне. Полость естественным образом возбуждается электрическими токами в молнии.

В описаниях нормальных мод резонансов Шумана основная мода представляет собой стоячую волну в полости Земля-ионосфера с длиной волны , равной окружности Земли. Самая низкочастотная мода имеет самую высокую интенсивность, а частота всех мод может немного меняться из-за возмущений ионосферы, вызванных солнцем (которые сжимают верхнюю стенку закрытой полости) [ требуется ссылка ] среди других факторов. Более высокие резонансные моды расположены с интервалом примерно 6,5 Гц (как можно увидеть, подставив числа в формулу), что характерно для сферической геометрии атмосферы. Пики демонстрируют спектральную ширину примерно 20% из-за затухания соответствующих мод в диссипативной полости. [ требуется ссылка ]

Наблюдения резонансов Шумана использовались для отслеживания глобальной грозовой активности. Из-за связи между грозовой активностью и климатом Земли было высказано предположение, что их можно использовать для мониторинга глобальных температурных изменений и изменений водяного пара в верхней тропосфере. Резонансы Шумана использовались для изучения нижней ионосферы на Земле, и это было предложено как один из способов исследования нижней ионосферы на небесных телах. [5] [6] Некоторые предполагали, что молнии на других планетах можно обнаружить и изучить с помощью сигнатур резонанса Шумана этих планет. [5] [6]

Эффекты на резонансы Шумана были зарегистрированы после геомагнитных и ионосферных возмущений. Совсем недавно дискретное возбуждение резонанса Шумана было связано с кратковременными световыми событиями — спрайтами , ELVES , струями и другими молниями в верхней атмосфере . [ требуется ссылка ] Новая область интересов, использующая резонансы Шумана, связана с краткосрочным прогнозированием землетрясений . [ требуется ссылка ]

Интерес к резонансам Шумана возобновился в 1993 году, когда Э. Р. Уильямс продемонстрировал корреляцию между резонансной частотой и температурой тропического воздуха, что позволило предположить, что резонанс может быть использован для мониторинга глобального потепления . [5] [6] В геофизической разведке резонансы Шумана используются для обнаружения месторождений углеводородов на шельфе. [7] [ нужна страница ]

История

В 1893 году Джордж Фрэнсис Фицджеральд заметил, что верхние слои атмосферы должны быть довольно хорошими проводниками. Предположив, что высота этих слоев составляет около 100 км над землей, он подсчитал, что колебания (в данном случае самая низкая мода резонансов Шумана) будут иметь период 0,1 секунды. [8] Из-за этого вклада было предложено переименовать эти резонансы в «резонансы Шумана–Фицджеральда». [9] Однако выводы Фицджеральда не были широко известны, поскольку они были представлены только на заседании Британской ассоциации содействия развитию науки , за которым последовало краткое упоминание в колонке в Nature . [10]

Первое предположение о существовании ионосферы, способной улавливать электромагнитные волны , приписывают Хевисайду и Кеннелли (1902). [11] [12] Прошло еще двадцать лет, прежде чем Эдвард Эпплтон и Барнетт в 1925 году [13] смогли экспериментально доказать существование ионосферы.

Хотя некоторые из наиболее важных математических инструментов для работы со сферическими волноводами были разработаны Г. Н. Уотсоном в 1918 году [14] , именно Винфрид Отто Шуман первым изучил теоретические аспекты глобальных резонансов волноводной системы Земля-ионосфера, известных сегодня как резонансы Шумана. В 1952–1954 годах Шуман вместе с Х. Л. Кёнигом попытались измерить резонансные частоты. [15] [16] [17] [18] Однако только после измерений, проведенных Бальзером и Вагнером в 1960–1963 годах [19] [20] [21] [22] [23] , появились адекватные методы анализа для извлечения информации о резонансе из фонового шума. С тех пор интерес к резонансам Шумана в самых разных областях растет.

Основная теория

Разряды молний считаются основным естественным источником возбуждения резонанса Шумана; каналы молний ведут себя как огромные антенны, которые излучают электромагнитную энергию на частотах ниже примерно 100 кГц. [24] Эти сигналы очень слабы на больших расстояниях от источника молнии, но волновод Земля-ионосфера ведет себя как резонатор на чрезвычайно низких резонансных частотах. [24]

В идеальной полости резонансная частота -й моды определяется радиусом Земли и скоростью света . [15] n {\displaystyle n} f n {\displaystyle f_{n}} a {\displaystyle a} c {\displaystyle c}

f n = c 2 π a n ( n + 1 ) {\displaystyle f_{n}={\frac {c}{2\pi a}}{\sqrt {n(n+1)}}}

Реальный волновод Земля-ионосфера не является идеальной электромагнитной резонансной полостью. Потери из-за конечной электропроводности ионосферы снижают скорость распространения электромагнитных сигналов в полости, что приводит к резонансной частоте, которая ниже, чем можно было бы ожидать в идеальном случае, а наблюдаемые пики являются широкими. Кроме того, существует ряд горизонтальных асимметрий — разница в высоте ионосферы день-ночь, широтные изменения магнитного поля Земли , внезапные ионосферные возмущения, поглощение полярной шапки, изменение радиуса Земли на ± 11 км от экватора до географических полюсов и т. д., которые производят другие эффекты в спектрах мощности резонанса Шумана. [ необходима цитата ]

Измерения

Сегодня резонансы Шумана регистрируются на многих отдельных исследовательских станциях по всему миру. Датчики, используемые для измерения резонансов Шумана, обычно состоят из двух горизонтальных магнитных индукционных катушек для измерения северно-южной и восточно-западной компонент магнитного поля , и вертикальной электрической дипольной антенны для измерения вертикальной компоненты электрического поля . Типичная полоса пропускания приборов составляет 3–100 Гц. Амплитуда электрического поля резонанса Шумана (~300 микровольт на метр) намного меньше статического электрического поля хорошей погоды (~150 В/м) в атмосфере . [25]

Аналогично, амплитуда магнитного поля резонанса Шумана (~1 пикотесла) на много порядков меньше магнитного поля Земли (~30–50 микротесла). [25] Для обнаружения и записи резонансов Шумана необходимы специализированные приемники и антенны. Электрическая составляющая обычно измеряется с помощью шаровой антенны, предложенной Огавой и др. в 1966 году [26] , подключенной к усилителю с высоким импедансом . Магнитные индукционные катушки обычно состоят из десятков или сотен тысяч витков провода, намотанного вокруг сердечника с очень высокой магнитной проницаемостью .

Зависимость от глобальной грозовой активности

С самого начала исследований резонанса Шумана было известно, что их можно использовать для мониторинга глобальной грозовой активности. В любой момент времени на земном шаре происходит около 2000 гроз . [27] Производя примерно 50 молний в секунду , [28] эти грозы напрямую связаны с фоновым сигналом резонанса Шумана.

Определение пространственного распределения молний по записям резонанса Шумана является сложной проблемой. Для оценки интенсивности молний по записям резонанса Шумана необходимо учитывать как расстояние до источников молний, ​​так и распространение волн между источником и наблюдателем. Обычный подход заключается в том, чтобы сделать предварительное предположение о пространственном распределении молний, ​​основываясь на известных свойствах климатологии молний . Альтернативный подход заключается в размещении приемника на Северном или Южном полюсе , которые остаются примерно равноудаленными от основных центров гроз в течение дня. [29]

Один из методов, не требующий предварительных предположений о распределении молний [30] , основан на разложении средних фоновых спектров резонанса Шумана, использующих соотношения между средними электрическими и магнитными спектрами и между их линейной комбинацией. Этот метод предполагает, что полость сферически симметрична и, следовательно, не включает известные асимметрии полости, которые, как полагают, влияют на резонансные и распространяющиеся свойства электромагнитных волн в системе.

Суточные вариации

Наиболее хорошо документированной и наиболее обсуждаемой особенностью явления резонанса Шумана являются суточные изменения фонового спектра мощности резонанса Шумана.

Характерная суточная запись резонанса Шумана отражает свойства как глобальной грозовой активности, так и состояния полости Земля-ионосфера между областью источника и наблюдателем. Вертикальное электрическое поле не зависит от направления источника относительно наблюдателя и, следовательно, является мерой глобальной молнии.

Суточное поведение вертикального электрического поля показывает три отчетливых максимума, связанных с тремя «горячими точками» планетарной грозовой активности: один в 9 UT ( всемирное время ), связанный с дневным пиком грозовой активности в Юго-Восточной Азии ; один в 14 UT, связанный с пиком африканской грозовой активности; и один в 20 UT, связанный с пиком южноамериканской грозовой активности. Время и амплитуда пиков меняются в течение года, что связано с сезонными изменениями грозовой активности.

Рейтинг "Дымоход"

В целом, африканский пик самый сильный, что отражает основной вклад африканской «дымоходной трубы» [ необходимо уточнение ] в глобальную молниевую активность. Рейтинг двух других пиков — азиатского и американского — является предметом ожесточенного спора среди ученых, занимающихся резонансом Шумана. Наблюдения за резонансом Шумана, сделанные в Европе, показывают больший вклад Азии, чем Южной Америки, в то время как наблюдения, сделанные в Северной Америке, указывают на доминирующий вклад Южной Америки.

Уильямс и Сатори [31] предполагают, что для получения «правильного» ранжирования дымоходов Азия-Америка необходимо удалить влияние дневных/ночных изменений в ионосферной проводимости (влияние асимметрии день-ночь) из записей резонанса Шумана. «Исправленные» записи, представленные в работе Сатори и др. [32], показывают, что даже после удаления влияния асимметрии день-ночь из записей резонанса Шумана азиатский вклад остается больше американского.

Похожие результаты были получены Печони и др. [33] , которые вычислили поля резонанса Шумана по спутниковым данным о молниях. Предполагалось, что распределение молний на спутниковых картах является хорошим показателем для источников возбуждения Шумана, хотя спутниковые наблюдения в основном измеряют молнии в облаках, а не молнии облако-земля, которые являются основными возбудителями резонансов. Оба моделирования — те, которые пренебрегают асимметрией день-ночь, и те, которые принимают эту асимметрию во внимание — показали одинаковый рейтинг дымоходов Азия-Америка. С другой стороны, некоторые оптические спутниковые и климатологические данные о молниях предполагают, что центр гроз в Южной Америке сильнее, чем азиатский центр. [28]

Причина различий в рейтингах азиатских и американских дымоходов в записях резонанса Шумана остается неясной и является предметом дальнейших исследований.

Влияние асимметрии день-ночь

В ранней литературе наблюдаемые суточные вариации мощности резонанса Шумана объяснялись вариациями в геометрии источник-приемник (молния-наблюдатель). [19] Был сделан вывод, что для объяснения этих вариаций не требуется никаких особых систематических вариаций ионосферы (которая служит верхней границей волновода ). [34] Последующие теоретические исследования подтвердили ранние оценки небольшого влияния асимметрии день-ночь ионосферы (разницы между проводимостью ионосферы на дневной и ночной стороне) на наблюдаемые вариации интенсивности поля резонанса Шумана. [35]

Интерес к влиянию асимметрии день-ночь в проводимости ионосферы на резонансы Шумана приобрел новую силу в 1990-х годах после публикации работы Сентмана и Фрейзера. [36] разработали методику разделения глобального и локального вкладов в наблюдаемые вариации мощности поля, используя записи, полученные одновременно на двух станциях, которые были значительно разнесены по долготе. Они интерпретировали суточные вариации, наблюдаемые на каждой станции, в терминах комбинации суточно изменяющегося глобального возбуждения, модулированного локальной высотой ионосферы. [37]

Их работа, которая объединила как наблюдения, так и аргументы в пользу сохранения энергии, убедила многих ученых в важности асимметрии день-ночь в ионосфере и вдохновила многочисленные экспериментальные исследования. Недавно было показано, что результаты, полученные Сентманом и Фрейзером, могут быть приблизительно воспроизведены с помощью однородной модели (без учета ионосферных вариаций день-ночь) и, следовательно, не могут быть однозначно интерпретированы исключительно в терминах вариации высоты ионосферы. [37]

Записи амплитуд резонанса Шумана показывают значительные суточные и сезонные вариации, которые обычно совпадают по времени со временем перехода день-ночь ( терминатор ). Это временное соответствие, по-видимому, подтверждает предположение о значительном влиянии асимметрии ионосферы день-ночь на амплитуды резонанса Шумана. Имеются записи, показывающие почти часовую точность суточных изменений амплитуды. [32]

С другой стороны, есть много дней, когда амплитуды резонанса Шумана не увеличиваются на восходе или не уменьшаются на закате . Существуют исследования, показывающие, что общее поведение записей амплитуд резонанса Шумана можно воссоздать из суточной и сезонной миграции гроз, не привлекая ионосферные вариации. [33] [35] Два недавних независимых теоретических исследования показали, что вариации мощности резонанса Шумана, связанные с переходом день-ночь, намного меньше, чем те, которые связаны с пиками глобальной грозовой активности, и поэтому глобальная грозовая активность играет более важную роль в изменении мощности резонанса Шумана. [33] [38]

Общепризнано, что эффекты источник-наблюдатель являются доминирующим источником наблюдаемых суточных вариаций, но остаются значительные противоречия относительно степени, в которой сигнатуры день-ночь присутствуют в данных. Часть этих противоречий проистекает из того факта, что параметры резонанса Шумана, извлекаемые из наблюдений, предоставляют лишь ограниченное количество информации о геометрии связанной системы источник молнии-ионосфера. Поэтому проблема инвертирования наблюдений для одновременного вывода как функции источника молнии, так и структуры ионосферы крайне недоопределена, что приводит к возможности неоднозначных интерпретаций.

«Обратная задача»

Одной из интересных проблем в исследованиях резонансов Шумана является определение характеристик источника молнии («обратная задача»). Временное разрешение каждой отдельной вспышки невозможно, поскольку средняя скорость возбуждения молнией, ~50 молний в секунду в глобальном масштабе, смешивает индивидуальные вклады вместе. Однако иногда случаются чрезвычайно большие вспышки молнии, которые производят отличительные сигнатуры, выделяющиеся на фоне сигналов. Называемые «Q-всплесками», они производятся интенсивными ударами молнии, которые переносят большие количества заряда из облаков в землю и часто несут высокий пиковый ток. [26]

Q-всплески могут превышать амплитуду фонового уровня сигнала в 10 и более раз и появляться с интервалами ~10 с, [30] что позволяет рассматривать их как изолированные события и определять местоположение источника молнии. Местоположение источника определяется либо с помощью многостанционных, либо с помощью одностанционных методов и требует предположения модели для полости Земля-ионосфера. Многостанционные методы более точны, но требуют более сложного и дорогостоящего оборудования.

Исследование переходных световых явлений

В настоящее время считается, что многие из транзиентов резонансов Шумана (Q-всплески) связаны с транзиентными световыми событиями (TLE) . В 1995 году Боччиппио и др. [39] показали, что спрайты , наиболее распространенные TLE, производятся положительной молнией облако-земля, происходящей в стратифицированной области грозовой системы, и сопровождаются Q-всплеском в полосе резонансов Шумана. Недавние наблюдения [39] [40] показывают, что появление спрайтов и Q-всплесков сильно коррелируют, и данные резонансов Шумана, возможно, можно использовать для оценки глобальной частоты появления спрайтов. [41]

Глобальная температура

Уильямс [ 1992] [42] предположил, что глобальную температуру можно контролировать с помощью резонансов Шумана. Связь между резонансом Шумана и температурой заключается в частоте вспышек молний, ​​которая нелинейно увеличивается с температурой. [42] Нелинейность зависимости молнии от температуры обеспечивает естественный усилитель изменений температуры и делает резонанс Шумана чувствительным «термометром». Более того, частицы льда, которые, как полагают, участвуют в процессах электрификации, приводящих к разряду молнии [43], играют важную роль в эффектах радиационной обратной связи, которые влияют на температуру атмосферы. Поэтому резонансы Шумана могут помочь нам понять эти эффекты обратной связи . В 2006 году была опубликована статья, связывающая резонанс Шумана с глобальной температурой поверхности , [44] за которой последовало исследование 2009 года. [45]

Водяной пар в верхних слоях тропосферы

Тропосферный водяной пар является ключевым элементом климата Земли, который имеет прямые эффекты как парниковый газ , а также косвенные эффекты через взаимодействие с облаками , аэрозолями и тропосферной химией. Верхний тропосферный водяной пар (UTWV) оказывает гораздо большее влияние на парниковый эффект, чем водяной пар в нижней атмосфере , [46] но является ли это влияние положительной или отрицательной обратной связью, все еще неясно. [47]

Основная проблема в решении этого вопроса заключается в сложности мониторинга UTWV в глобальном масштабе в течение длительного времени. Континентальные глубококонвективные грозы производят большую часть разрядов молний на Земле. Кроме того, они переносят большое количество водяного пара в верхнюю тропосферу , доминируя над изменениями глобального UTWV. Прайс [2000] [48] предположил, что изменения в UTWV могут быть получены из записей резонансов Шумана.

На других планетах и ​​лунах

Существование резонансов типа Шумана обусловлено в первую очередь двумя факторами:

  1. Закрытая, планетарного размера и эллипсоидальная полость, состоящая из проводящих нижней и верхней границ, разделенных изолирующей средой. Для Земли проводящей нижней границей является ее поверхность, а верхней границей является ионосфера. Другие планеты могут иметь похожую геометрию электропроводности, поэтому предполагается, что они должны обладать похожим резонансным поведением.
  2. Источник электрического возбуждения электромагнитных волн в диапазоне крайне низких частот.

В Солнечной системе есть пять кандидатов на обнаружение резонанса Шумана, помимо Земли: Венера , Марс , Юпитер , Сатурн и крупнейший спутник Сатурна Титан . Моделирование резонансов Шумана на планетах и ​​лунах Солнечной системы осложнено отсутствием знаний о параметрах волновода . На сегодняшний день не существует возможности in situ для проверки результатов.

Венера

Наиболее убедительным доказательством наличия молний на Венере являются электромагнитные волны, впервые обнаруженные спускаемыми аппаратами Венера -11 и 12. Теоретические расчеты резонансов Шумана на Венере были представлены Николаенко и Рабиновичем [1982] [49] и Печони и Прайсом [2004]. [50] Оба исследования дали очень близкие результаты, указывающие на то, что резонансы Шумана должны быть легко обнаружены на этой планете при наличии источника возбуждения молнии и соответствующим образом расположенного датчика.

Марс

В случае Марса были наземные наблюдения спектров радиоизлучения, которые были связаны с резонансами Шумана. [51] Сообщаемые радиоизлучения не являются первичными электромагнитными модами Шумана, а скорее вторичными модуляциями нетепловых микроволновых излучений планеты примерно на ожидаемых частотах Шумана, и не были независимо подтверждены, чтобы быть связанными с молнией на Марсе. Существует вероятность, что будущие миссии посадочных модулей могут нести на месте приборы для выполнения необходимых измерений. Теоретические исследования в первую очередь направлены на параметризацию проблемы для будущих исследователей планет.

Об обнаружении грозовой активности на Марсе сообщили Руф и др. [2009]. [51] Доказательства косвенные и представлены в форме модуляций нетеплового микроволнового спектра приблизительно на ожидаемых частотах резонанса Шумана. Не было независимо подтверждено, что они связаны с электрическими разрядами на Марсе. В случае подтверждения прямыми наблюдениями на месте, это подтвердило бы предположение о возможности разделения зарядов и ударов молний в марсианских пылевых бурях, сделанное Иденом и Воннегутом [1973] [52] и Ренно и др. [2003]. [53]

Марсианские глобальные резонансы были смоделированы Сухоруковым [1991], [54] Печони и Прайсом [2004], [50] и Молиной-Куберосом и др. [2006]. [55] Результаты трех исследований несколько различаются, но кажется, что по крайней мере первые две моды резонанса Шумана должны быть обнаружены. Доказательства первых трех мод резонанса Шумана присутствуют в спектрах радиоизлучения от молний, ​​обнаруженных в марсианских пылевых бурях. [51]

Титан

Давно предполагалось, что на Титане могут происходить разряды молний , ​​[56] но последние данные с Кассини-Гюйгенса, похоже, указывают на то, что на этом крупнейшем спутнике Сатурна нет никакой грозовой активности . Из-за недавнего интереса к Титану, связанного с миссией Кассини-Гюйгенса, его ионосфера, возможно, наиболее тщательно смоделирована на сегодняшний день. Шумановские резонансы на Титане получили больше внимания, чем на любом другом небесном теле, в работах Бессера и др. [2002], [57] Моренте и др. [2003], [58] Молины-Кубероса и др. [2004], [59] Николаенко и др. [2003], [60] и Печони и Прайса [2004]. [50] Похоже, что на Титане можно обнаружить только первую моду резонанса Шумана.

С момента посадки зонда Гюйгенс на поверхность Титана в январе 2005 года появилось много сообщений о наблюдениях и теории нетипичного резонанса Шумана на Титане. После нескольких десятков пролетов Кассини в атмосфере Титана не было обнаружено ни молний, ​​ни гроз. Поэтому ученые предложили другой источник электрического возбуждения: индукцию ионосферных токов вращающейся магнитосферой Сатурна. Все данные и теоретические модели соответствуют резонансу Шумана, вторая собственная мода которого наблюдалась зондом Гюйгенс. Самым важным результатом этого является доказательство существования захороненного жидкого водно-аммиачного океана под несколькими десятками км ледяной подповерхностной коры. [61] [62] [63] [64]

Юпитер и Сатурн

На Юпитере оптически обнаружена молниевая активность. Существование молниевой активности на этой планете было предсказано Бар-Нуном [1975] [65] и теперь это подтверждается данными с Галилео , Вояджеров 1 и 2, Пионеров 10 и 11 и Кассини . Подтверждено, что на Сатурне также есть молниевая активность . [66] Хотя три посетивших его космических аппарата ( Пионер 11 в 1979 году, Вояджер 1 в 1980 году и Вояджер 2 в 1981 году) не смогли предоставить никаких убедительных доказательств оптических наблюдений, в июле 2012 года космический аппарат Кассини обнаружил видимые вспышки молний, ​​а электромагнитные датчики на борту космического аппарата обнаружили сигнатуры, характерные для молний. [67]

Мало что известно об электрических параметрах недр Юпитера или Сатурна. Даже вопрос о том, что должно служить нижней границей волновода , является нетривиальным в случае газообразных планет. Кажется, нет работ, посвященных резонансам Шумана на Сатурне. На сегодняшний день была только одна попытка смоделировать резонансы Шумана на Юпитере. [67]

Здесь профиль электропроводности в газовой атмосфере Юпитера был рассчитан с использованием методов, аналогичных тем, которые используются для моделирования звездных недр, и было отмечено, что те же методы можно легко распространить на другие газовые гиганты Сатурн, Уран и Нептун. Учитывая интенсивную молниевую активность на Юпитере, резонансы Шумана должны быть легко обнаружены с помощью датчика, соответствующим образом расположенного внутри планетарно-ионосферной полости.

Смотрите также

Цитаты

  1. ^ "Резонанс Шумана". NASA . Получено 8 ноября 2017 г.
  2. ^ MacGorman, DR; Rust, WD (1998). Электрическая природа штормов. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Oxford University Press. стр. 114. ISBN 9780195073379. OCLC  35183896.
  3. ^ Фолланд, Ганс (1995). Справочник по атмосферной электродинамике . Том 1. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 277. ISBN 9780849386473. OCLC  31408654.
  4. ^ Montiel, I.; Bardasano, JL; Ramos, JL (13–18 октября 2003 г.). «Биофизическое устройство для лечения нейродегенеративных заболеваний». В Méndez-Vilas, A. (ред.). Recent Advances in Multidisciplinary Applied Physics . The First International Meeting on Applied Physics (APHYS-2003). Badajoz, ES (опубликовано в 2005 г.). стр.  63–69 . doi :10.1016/B978-008044648-6.50011-2. ISBN 9780080446486.
  5. ^ abc Уильямс, Эрл Р. (22 мая 1992 г.). «Резонанс Шумана: глобальный тропический термометр». Science . 256 (5060): 1184– 1187. Bibcode :1992Sci...256.1184W. doi :10.1126/science.256.5060.1184. PMID  17795213. S2CID  26708495.
  6. ^ abc Barr, R.; Llanwyn Jones, David; Rodger, CJ (2000). "ELF и VLF радиоволны" (PDF) . Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics . 62 ( 17– 18): 1689– 1718. Bibcode :2000JASTP..62.1689B. doi :10.1016/S1364-6826(00)00121-8. Архивировано из оригинала (PDF) 5 апреля 2014 г. . Получено 6 мая 2017 г. .
  7. ^ Sainson, Stéphane (2017). Электромагнитный каротаж морского дна: новый инструмент для геологов . Springer. ISBN 978-3-319-45355-2.
  8. ^ Фицджеральд, ГФ (1893). «О периоде вибрации электрических возмущений на Земле». Отчет Британской ассоциации содействия развитию науки . 63-е заседание: 682.
  9. ^ Джексон, Дж. Д. (август 2008 г.). «Примеры нулевой теоремы истории науки» (PDF) . American Journal of Physics . 76 (8): 704–719 . arXiv : 0708.4249 . Bibcode : 2008AmJPh..76..704J. doi : 10.1119/1.2904468. S2CID  117774134.
  10. ^ (Сотрудники) (28 сентября 1893 г.). «Физика в Британской ассоциации». Nature . 48 (1248): 525–529 . См. особенно стр. 526.
  11. ^ Хевисайд, О. (1902). «Телеграфия, раздел 1, теория». Encyclopaedia Britannica . Т. 9 (10-е изд.). Лондон. С.  213–218 .{{cite encyclopedia}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  12. ^ Кеннелли, Артур Э. (15 марта 1902 г.). «О возвышении электропроводящих слоев земной атмосферы». Electrical World and Engineer . 39 (11): 473.
  13. ^ Appleton, EV; Barnett, MAF (1925). «О некоторых прямых доказательствах нисходящего атмосферного отражения электрических лучей». Труды Королевского общества Лондона A . 109 (752): 621– 641. Bibcode :1925RSPSA.109..621A. doi : 10.1098/rspa.1925.0149 .
  14. ^ Уотсон, Г. Н. (1918). «Дифракция электрических волн Землей». Труды Лондонского королевского общества A. 95 ( 666): 83– 99. Bibcode :1918RSPSA..95...83W. doi : 10.1098/rspa.1918.0050 .
  15. ^ Аб Шуман, WO (1952). «Über die strahlungslosen Eigenschwingungen einer leitenden Kugel, die von einer Luftschicht und einer Ionosphärenhülle umgeben ist» [О безызлучательных собственных колебаниях проводящей сферы, окруженной слоем воздуха и ионосферной оболочкой]. Zeitschrift für Naturforschung A (на немецком языке). 7 (2): 149–154 . Бибкод : 1952ЗНатА...7..149С. дои : 10.1515/zna-1952-0202. S2CID  96060996.
  16. ^ Шуман, Вашингтон (1952). «Über die Dämpfung der elektromagnetischen Eigenschwingungen des Systems Erde – Luft – Ionosphäre» [О затухании собственных электромагнитных колебаний системы Земля-воздух-ионосфера]. Zeitschrift für Naturforschung A (на немецком языке). 7 ( 3–4 ): 250–252 . Бибкод : 1952ЗНатА...7..250С. дои : 10.1515/zna-1952-3-404 .
  17. ^ Шуман, WO (1952). «Über die Ausbreitung sehr Langer elektrischer Wellen um die Signale des Blitzes» [О распространении очень длинных электрических волн вокруг сигналов молнии]. Nuovo Cimento (на немецком языке). 9 (12): 1116–1138 . Бибкод : 1952NCim....9.1116S. дои : 10.1007/BF02782924. S2CID  122643775.
  18. ^ Шуман, Вашингтон; Кениг, Х. (1954). «Über die Beobachtung von Atmophers bei geringsten Frequenzen» [О наблюдении атмосфериков на самых низких частотах]. Naturwissenschaften (на немецком языке). 41 (8): 183–184 . Бибкод : 1954NW.....41..183S. дои : 10.1007/BF00638174. S2CID  6546863.
  19. ^ ab Balser, M.; Wagner, C. (1960). «Измерение спектра радиошума от 50 до 100 гц». Журнал исследований Национального бюро стандартов . 64D (4): 415– 418. doi : 10.6028/jres.064d.050 .
  20. ^ Balser, M.; Wagner, C. (1960). «Наблюдения резонансов полости Земля–ионосфера». Nature . 188 (4751): 638– 641. Bibcode :1960Natur.188..638B. doi :10.1038/188638a0. S2CID  31089734.
  21. ^ Balser, M.; Wagner, C. (1962). «Суточные вариации мощности мод полости Земля–ионосфера и их связь с мировой грозовой активностью». Journal of Geophysical Research . 67 (2): 619– 625. Bibcode : 1962JGR....67..619B. doi : 10.1029/JZ067i002p00619.
  22. ^ Balser, M.; Wagner, C. (1962). «О частотных вариациях мод полости Земля–ионосфера». Журнал геофизических исследований . 67 (10): 4081– 4083. Bibcode : 1962JGR....67.4081B. doi : 10.1029/JZ067i010p04081.
  23. ^ Balser, M.; Wagner, C. (1963). «Влияние высотного ядерного взрыва на полость Земля–ионосфера». Journal of Geophysical Research . 68 (13): 4115– 4118. Bibcode : 1963JGR....68.4115B. doi : 10.1029/jz068i013p04115.
  24. ^ ab Volland, H. (1984). Атмосферная электродинамика . Springer-Verlag, Берлин.
  25. ^ ab Price, C.; Pechony, O.; Greenberg, E. (2006). «Резонансы Шумана в исследовании молний». Журнал исследований молний . 1 : 1– 15.
  26. ^ ab Огава, Т.; Танка, И.; Миура, Т.; Ясухара, М. (1966). «Наблюдения за естественными электромагнитными шумами ELF с использованием шаровых антенн». Журнал геомагнетизма и геоэлектричества . 18 (4): 443– 454. Bibcode :1966JGG....18..443O. doi : 10.5636/jgg.18.443 .
  27. ^ Хекман, С. Дж.; Уильямс, Э. (1998). «Общая глобальная молния, выведенная из измерений резонанса Шумана». Журнал геофизических исследований . 103 (D24): 31775– 31779. Bibcode : 1998JGR...10331775H. doi : 10.1029/98JD02648 .
  28. ^ ab Christian, HJ; Blakeslee, RJ; Boccippio, DJ; Boeck, WL; et al. (2003). "Глобальная частота и распределение молний, ​​наблюдаемые из космоса оптическим детектором переходных процессов". Journal of Geophysical Research . 108 (D1): 4005. Bibcode : 2003JGRD..108.4005C. doi : 10.1029/2002JD002347 .
  29. ^ Николаенко, А. П. (1997). «Современные аспекты исследований резонанса Шумана». Журнал атмосферной и солнечно-земной физики . 59 (7): 806– 816. Bibcode :1997JASTP..59..805N. doi :10.1016/s1364-6826(96)00059-4.
  30. ^ ab Швец, АВ (2001). "Метод реконструкции глобального профиля расстояния до молнии по фоновому сигналу резонанса Шумана". Журнал атмосферной и солнечно-земной физики . 63 (10): 1061– 1074. Bibcode :2001JASTP..63.1061S. doi :10.1016/s1364-6826(01)00024-4.
  31. ^ Уильямс, Э. Р.; Сатори, Г. (2004). «Молния, термодинамическое и гидрологическое сравнение двух тропических континентальных дымоходов». Журнал атмосферной и солнечно-земной физики . 66 ( 13– 14): 1213– 1231. Bibcode :2004JASTP..66.1213W. doi :10.1016/j.jastp.2004.05.015.
  32. ^ ab Sátori, G.; Neska, M.; Williams, E.; Szendrői, J. (2007). "Сигнатуры неоднородной полости Земля–ионосфера в записях резонанса Шумана с высоким временным разрешением". Radio Science . 42 (2): RS003483. Bibcode :2007RaSc...42.2S10S. doi : 10.1029/2006RS003483 .
  33. ^ abc Pechony, O.; Price, C.; Nickolaenko, AP (2007). "Относительная важность асимметрии день-ночь в записях амплитуды резонанса Шумана". Radio Science . 42 (2): RS2S06. Bibcode :2007RaSc...42.2S06P. doi :10.1029/2006RS003456. S2CID  118326191.
  34. ^ Мэдден, Т.; Томпсон, В. (1965). «Низкочастотные электромагнитные колебания полости Земля–ионосфера». Обзоры геофизики . 3 (2): 211. Bibcode : 1965RvGSP...3..211M. doi : 10.1029/RG003i002p00211.
  35. ^ ab Николаенко, А. П.; Хаякава, М. (2002). Резонансы в полости Земля–ионосфера . Kluwer Academic Publishers, Дордрехт-Бостон-Лондон.
  36. ^ Сентман, ДД; Фрейзер, БДж (1991). «Одновременные наблюдения резонансов Шумана в Калифорнии и Австралии – Доказательства модуляции интенсивности локальной высотой области D». Журнал геофизических исследований . 96 (9): 15973– 15984. Bibcode : 1991JGR....9615973S. doi : 10.1029/91JA01085.
  37. ^ ab Pechony, O.; Price, C. (2006). "Резонансы Шумана: интерпретация локальных суточных модуляций интенсивности". Radio Science . 42 (2): RS2S05. Bibcode :2006RaSc...41.2S05P. doi : 10.1029/2006RS003455 . S2CID  119780816.
  38. ^ Янг, Х.; Паско, В. П. (2007). "Трехмерное конечно-разностное моделирование во временной области суточных и сезонных изменений параметров резонанса Шумана". Radio Science . 41 (2): RS2S14. Bibcode :2006RaSc...41.2S14Y. doi : 10.1029/2005RS003402 .
  39. ^ ab Boccippio, DJ; Williams, ER; Heckman, SJ; Lyons, WA; et al. (1995). «Спрайты, транзиенты ELF и положительные удары по земле». Science . 269 (5227): 1088– 1091. Bibcode :1995Sci...269.1088B. doi :10.1126/science.269.5227.1088. PMID  17755531. S2CID  8840716.
  40. ^ Прайс, К.; Гринберг, Э.; Яир, Й.; Сатори, Г.; и др. (2004). «Наземное обнаружение интенсивных молний, ​​вызывающих TLE, во время миссии MEIDEX на борту космического челнока Columbia». Geophysical Research Letters . 31 (20): L20107. Bibcode : 2004GeoRL..3120107P. doi : 10.1029/2004GL020711 .
  41. ^ Hu, W.; Cummer, SA; Lyons, WA; Nelson, TE (2002). "Изменения момента заряда молнии для инициации спрайтов". Geophysical Research Letters . 29 (8): 1279. Bibcode : 2002GeoRL..29.1279H. doi : 10.1029/2001GL014593 .
  42. ^ ab Williams, ER (1992). «Резонанс Шумана: глобальный тропический термометр». Science . 256 (5060): 1184– 1186. Bibcode :1992Sci...256.1184W. doi :10.1126/science.256.5060.1184. PMID  17795213. S2CID  26708495.
  43. ^ Уильямс, Э. Р. (1989). «Трипольная структура гроз». Журнал геофизических исследований . 94 (D11): 13151– 13167. Bibcode : 1989JGR....9413151W. doi : 10.1029/JD094iD11p13151.
  44. ^ Sekiguchi, M.; Hayakawa, M.; Nickolaenko, AP; Hobara, Y. (2006). «Доказательства связи между интенсивностью резонанса Шумана и глобальной температурой поверхности». Annales Geophysicae . 24 (7): 1809– 1817. Bibcode : 2006AnGeo..24.1809S. doi : 10.5194/angeo-24-1809-2006 .
  45. ^ Hobara, Y.; Harada, T.; Hayakawa, M.; Sekiguchi, M.; Ohta, K. (2009). «Исследование мониторинга глобального потепления с использованием данных резонанса Шумана». AGU Fall Meeting Abstracts . 2009 : AE43B–0267. Bibcode : 2009AGUFMAE43B0267H.
  46. ^ Хансен, Дж.; Лацис, А.; Ринд, Д.; Рассел, Г.; и др. (1984). «Чувствительность климата: анализ механизмов обратной связи». В Хансен, Дж. Э.; Такахаши, Т. (ред.). Климатические процессы и чувствительность климата . Серия геофизических монографий AGU. Том 29. С.  130–163 . Bibcode : 1984GMS....29..130H. doi : 10.1029/gm029p0130. ISBN 978-0-87590-404-7.
  47. ^ Ринд, Д. (1998). «Просто добавь водяной пар». Science . 28 (5380): 1152– 1153. doi :10.1126/science.281.5380.1152. S2CID  129504960.
  48. ^ Прайс, К. (2000). «Доказательства связи между глобальной грозовой активностью и верхним тропосферным водяным паром». Nature . 406 (6793): 290– 293. Bibcode :2000Natur.406..290P. doi :10.1038/35018543. PMID  10917527. S2CID  4422715.
  49. ^ Николаенко, А.П.; Рабинович, Л.М. (1982). «О возможности существования глобальных электромагнитных резонансов на планетах Солнечной системы». Космические исследования . 20 : 82–89 .
  50. ^ abc Pechony, O.; Price, C. (2004). "Параметры резонанса Шумана, рассчитанные с помощью модели частично однородного колена на Земле, Венере, Марсе и Титане". Radio Science . 39 (5): RS5007. Bibcode :2004RaSc...39.5007P. doi : 10.1029/2004RS003056 .
  51. ^ abc Ruf, C.; Renno, NO; Kok, JF; Bandelier, E.; et al. (2009). "Излучение нетеплового микроволнового излучения марсианской пылевой бурей" (PDF) . Geophysical Research Letters . 36 (13): L13202. Bibcode :2009GeoRL..3613202R. CiteSeerX 10.1.1.872.939 . doi :10.1029/2009GL038715. hdl :2027.42/94934. S2CID  14707525. 
  52. ^ Иден, ХФ; Воннегут, Б. (1973). «Электрический пробой, вызванный движением пыли в атмосферах низкого давления: рассмотрение Марса». Science . 180 (4089): 962– 963. Bibcode :1973Sci...180..962E. doi :10.1126/science.180.4089.962. PMID  17735929. S2CID  38902776.
  53. ^ Ренно, НО; Вонг, А.; Атрея, СК; де Патер, И.; Роос-Сероте, М. (2003). «Электрические разряды и широкополосное радиоизлучение марсианских пылевых дьяволов и пылевых бурь» (PDF) . Geophysical Research Letters . 30 (22): 2140. Bibcode :2003GeoRL..30.2140R. doi : 10.1029/2003GL017879 . hdl :2027.42/95558.
  54. ^ Сухоруков, А.И. (1991). «О резонансах Шумана на Марсе». Planet. Space Sci . 39 (12): 1673– 1676. Bibcode :1991P&SS...39.1673S. doi :10.1016/0032-0633(91)90028-9.
  55. ^ Molina-Cuberos, GJ; Morente, JA; Besser, BP; Porti, J.; et al. (2006). "Резонансы Шумана как инструмент для изучения нижней ионосферы Марса". Radio Science . 41 (1): RS1003. Bibcode :2006RaSc...41.1003M. doi : 10.1029/2004RS003187 .
  56. ^ Ламмер, Х.; Токано, Т.; Фишер, Г.; Штумптнер, В.; и др. (2001). «Молниеносная активность Титана: может ли Кассини/Гюйгенс обнаружить ее?». Планетная и космическая наука . 49 (6): 561– 574. Bibcode : 2001P&SS...49..561L. doi : 10.1016/S0032-0633(00)00171-9.
  57. ^ Besser, BP; Schwingenschuh, K.; Jernej, I.; Eichelberger, HU; et al. (2002). «Резонансы Шумана как индикаторы освещения на Титане». Труды Второго Европейского семинара по экзо/астробиологии, Грац, Австрия, 16–19 сентября .
  58. ^ Моренте, JA; Молина-Куберос, Дж.Дж.; Порти, Дж.А.; Швингеншу, К.; и др. (2003). «Исследование распространения электромагнитных волн в атмосфере Титана численным методом TLM». Икар . 162 (2): 374–384 . Бибкод : 2003Icar..162..374M. дои : 10.1016/S0019-1035(03)00025-3.
  59. ^ Molina-Cuberos, GJ; Porti, J.; Besser, BP; Morente, JA; et al. (2004). «Резонансы Шумана и электромагнитная прозрачность в атмосфере Титана». Advances in Space Research . 33 (12): 2309– 2313. Bibcode : 2004AdSpR..33.2309M. doi : 10.1016/S0273-1177(03)00465-4.
  60. ^ Николаенко, AP; Бессер, BP; Швингеншу, K. (2003). «Модельные вычисления резонанса Шумана на Титане». Planetary and Space Science . 51 (13): 853– 862. Bibcode : 2003P&SS...51..853N. doi : 10.1016/S0032-0633(03)00119-3.
  61. ^ Бегин, К.; Симоеш, Ф.; Красносельских, В.; Швингеншу, К.; и др. (1 ноября 2007 г.). «Резонанс, подобный шуманновскому, на Титане, вызванный магнитосферой Сатурна, возможно, обнаружен зондом Гюйгенс». Icarus . 191 (1): 251– 266. Bibcode :2007Icar..191..251B. doi :10.1016/j.icarus.2007.04.005.
  62. ^ Бегин, К.; Кану, П.; Каркошка, Э.; Сотин, К.; и др. (декабрь 2009 г.). «Новые сведения о плазменно-управляемом резонансе Шумана на Титане, полученные на основе данных Гюйгенса и Кассини». Planetary and Space Science . 57 ( 14– 15): 1872– 1888. Bibcode :2009P&SS...57.1872B. doi :10.1016/j.pss.2009.04.006. hdl : 11336/20677 .
  63. ^ Беген, Кристиан; Сотин, Кристоф; Хамелен, Мишель (июнь 2010 г.). «Родной океан Титана обнаружен под 45 км льда с помощью резонанса, подобного резонансу Шумана». Comptes Rendus Geoscience . 342 (6): 425– 433. Bibcode : 2010CRGeo.342..425B. doi : 10.1016/j.crte.2010.03.003.
  64. ^ Беген, Кристиан; Рандриамбоарисон, Орельен; Хамелен, Мишель; Каркошка, Эрих; и др. (2012). «Аналитическая теория резонанса Шумана на Титане: ограничения на проводимость ионосферы и захороненный водный океан». Icarus . 218 (2): 1028– 1042. Bibcode :2012Icar..218.1028B. doi :10.1016/j.icarus.2012.02.005. hdl : 2060/20140002248 . S2CID  26341590.
  65. ^ Бар-Нун, А. (1975). «Грозы на Юпитере». Icarus . 24 (1): 86– 94. Bibcode : 1975Icar...24...86B. doi : 10.1016/0019-1035(75)90162-1.
  66. ^ "Вспышки молний при дневном свете (снимки Сатурна с космического корабля НАСА "Кассини")". www.ciclops.org . Архивировано из оригинала 23 сентября 2015 г. . Получено 8 ноября 2017 г. .
  67. ^ ab Sentman, DD (1990). «Электропроводность неглубоких недр Юпитера и образование резонансной планетарно-ионосферной полости». Icarus . 88 (1): 73– 86. Bibcode :1990Icar...88...73S. doi :10.1016/0019-1035(90)90177-B.

Внешние статьи и ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «резонанс Шумана» .

Общие ссылки

  • Статьи в базе данных NASA ADS: Полный список | Полный текст
  • Видеоролик исследования Sprite: Глобальный контур переменного тока Шумановские резонансы колеблются всего восемь раз в секунду

Веб-сайты

  • «Конструирование и развертывание УНЧ-приемника для изучения резонанса Шумана в Айове». Архивировано 27 января 2023 г. в Wayback Machine Антоном Крюгером — прекрасно иллюстрированное исследование из Университета Айовы.
  • Глобальная инициатива когерентности (календарь спектрограмм) Резонанс Шумана в реальном времени
  • Система космических наблюдений за резонансом Шумана в реальном времени
  • Открытие резонанса Шумана
  • Даннинг, Брайан (5 марта 2013 г.). "Skeptoid #352: Факты и вымыслы о резонансе Шумана". Skeptoid .

Анимация

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Schumann_resonances&oldid=1265877059"