La Risonanza di Schumann è un gruppo di picchi nella porzione di spettro delle frequenze estremamente basse (ELF) del campo elettromagnetico. Le risonanze di Schumann sono risonanze elettromagnetiche globali, eccitate dalle scariche elettriche dei fulmini nella cavità formata dalla superficie terrestre e dalla ionosfera.
Questo fenomeno di risonanza elettromagnetica globale prende il suo nome dal fisico
Winfried Otto Schumann che lo previde matematicamente nel
1952. La risonanza di Schumann avviene poiché lo spazio tra la superficie della Terra e la ionosfera conduttiva agisce come una guida d'onda. Le dimensioni limitate della Terra fanno comportare questa guida d'onda come una
cavità di risonanza per le
onde elettromagnetichenella banda
ELF. La cavità è naturalmente eccitata dall'energia delle scariche dei fulmini. Le risonanze di Schumann sono osservabili nello spettro di potenza del rumore elettromagnetico naturale di fondo, come picchi separati nelle frequenze estremamente basse (ELF) attorno a 8, 14, 20, 26 e 32
La Frequenza fondamentale della risonanza di Schumann è un'Onda stazionaria nella cavità Terra-Ionosfera con una lunghezza d'onda uguale alla circonferenza della Terra. Questa frequenza fondamentale più bassa (e di maggiore intensità) della risonanza di Schumann avviene ad unafrequenza di circa 7.8 Hz. Il nono ipertono si pone a circa 60 Hz e quindi la cavità è guidata anche dalla rete elettrica Nord Americana. Ipertoni rilevabili si estendono fino al range dei kilohertz delle frequenze.
Le risonanze di Schumann vengono utilizzate per tracciare l'attività globale dei fulmini. A causa della connessione tra l'attività dei fulmini e ilclima terrestre, queste possono anche essere usate per monitorare le variazioni della temperatura globale e del vapore acqueo presente nell'atmosfera. Con le risonanze di Schumann potrebbero essere rilevati e studiati anche i fulmini extraterrestri. La risonanza di Schumann è stata usata per la ricerca e il controllo della bassa ionosfera sulla terra e fu suggerita per l'esplorazione dei parametri della bassa ionosfera suicorpi celesti. Possono anche essere usate per tracciare disturbi geomagnetici e ionosferici. Recentemente, le risonanze di Schumann per monitorare eventi luminosi transitori – sprite, elfi, getti ed altri fulmini dell'alta atmosfera. Un altro campo di interesse nell'uso della risonanza di Schumann è relativo alla previsione a breve termine di terremoti. La risonanza di Schumann è andata oltre ai limiti della fisica, invadendo lamedicina, interessando artisti e musicisti, e guadagnando interesse in frange come la psicobiologia.
I primi avvisi dell'esistenza di una ionosfera, capace di intrappolare le onde elettromagnetiche, fu fatta da Oliver Heaviside e Kennelly nel 1902 [1][2]. Ci vollero altri venti anni prima che Edward Appleton e Barnett nel 1925 [3], fossero in grado di provare sperimentalmente l'esistenza della ionosfera. Tuttavia, anche prima di questo, le prime osservazioni documentate delle risonanze elettromagnetiche globali furono fatte da Nikola Tesla nel 1905 e formarono la base del suo schema per la trasmissione energetica senza fili [4]. Anche se alcuni dei più importanti strumenti matematici per affrontare le guide d'onda sferiche furono sviluppati da Watson nel 1918 [5], fu Winfried Otto Schumann che studiò per primo gli aspetti teorici della risonanza globale del sistema di guida d'onda tra terra e ionosfera, conosciuta oggi come risonanza di Schumann. Tra il 1952 e il 1954 Schumann, assieme a Köning, tentò di misurare le frequenze risonanti[6] [7] [8] [9]. Tuttavia non fu possibile fino alle misure fatte da Balser e Wagner nel 1960-1963 [10] [11] [12] [13] [14], in cui furono disponibili tecniche di analisi adeguate all'estrazione dell'informazione dellarisonanza dal rumore di fondo. Da allora c'è stato un sempre più grande interesse nelle risonanze di Schumann in un'ampia varietà di campi
Le scariche dei fulmini sono considerate la prima sorgente naturale delle risonanze di Schumann. I canali dei fulmini si comportano come una enorme antenna che irradia energia elettromagnetica come segnali impulsivi a frequenze sotto i 100 kHz [15]. Questi segnali sono molto deboli, ma la guida d'onda Terra-Ionosfera si comporta come un risonatore alle frequenze ELF e amplifica i segnali spettrali dei fulmini alle frequenze di risonanza [15].
In una cavità ideale, la frequenza di risonanza del modo ennesimo fn è determinata dal raggio terrestre a e dalla velocità della luce c[6].
La guida d'onda Terra-Ionosfera reale non è una cavità elettromagnetica perfetta. Perdite dovute alla conduttività elettrica finita della ionosfera fanno risonare il sistema a frequenze più basse di quelle attese nel caso ideale, e i picchi osservati sono larghi. Inoltre ci sono una serie di asimmetrie orizzontali – transizione giorno-notte, cambiamenti latitudinali nel campo magnetico terrestre, disturbi improvvisi nella ionosfera, assorbimento nella calotta polare, ecc. che complicano lo spettro di potenza della risonanza di Schumann.
Oggi le risonanze di Schumann sono registrate da molte stazioni attorno al mondo. I sensori elettromagnetici usati per misurarle consistono in due antenne orizzontali per ricevere il campo magnetico nelle direzioni nord-sud ed est-ovest ed una antenna verticale per osservare il campo elettrico verticale. Siccome le frequenze di risonanza di Schumann sono estremamente basse, antenne pratiche dovrebbero misurare centinaia di chilometri. Inoltre, il campo elettrico di risonanza di Schumann è molto più piccolo del campo elettrico statico nell'atmosfera e il campo magnetico di risonanza di Schumann è inferiore di diversi ordini di grandezza rispetto a quello terrestre [16]. Quindi servono ricevitori speciali per misurare le risonanze di Schumann. La componente elettrica viene di solito misurata con una antenna sferica, suggerita da Ogawa et al. nel 1966 [17], collegata ad un amplificatore ad alta impedenza. Il campo magnetico viene misurato con spire di induzione consistenti in decine di migliaia di avvolgimenti attorno a materiali con una altissima permeabilità magnetica.
da WIKIPEDIA
