Schumann-Resonanz

Räumliche Ausdehnung

Spektrale Verteilung

Als Schumann-Resonanz (nach Winfried Otto Schumann) bezeichnet man das Phänomen, dass elektromagnetische Wellen einer bestimmten Frequenz mit dem Umfang der Erde stehende Wellen bilden.

Der mittlere Erdumfang beträgt a = 39.985.427 m (am Äquator 40.075.004 m, Polumfang 39.940.638 m). Bei einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von c = 299.792.458 m/s (Vakuum) ergeben sich für den mittleren Erdumfang dabei rechnerisch c/a = 7,5 Hz. Genauere Berechnungen führen auf die Formel (siehe Literatur: Jackson, Elektrodynamik)

$\omega_{n} =\frac{c}{a}\sqrt{n(n+1)}$

für die n-te Frequenz, wodurch die niedrigste Frequenz bei 10,6 Hz läge. Durch Dispersion, durch Ionosphäreneffekte und andere nicht-ideale Eigenschaften des Systems reduziert sich diese Frequenz noch um ein paar Hz.

Durch Blitze und andere Vorgänge wird in der Atmosphäre und Ionosphäre ein breites Spektrum elektromagnetischer Wellen ausgesendet, die auch als Sferics bezeichnet werden. Niederfrequente Wellen breiten sich hauptsächlich in der nur wenig leitfähigen Atmosphäre zwischen dem elektrisch gut leitenden Erdboden und der gut leitenden Ionosphäre aus. Wellen, die sich nach einer Erdumrundung wieder in der gleichen Phase befinden (oder der Erdumfang ist ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge) werden verstärkt, andere löschen sich aus. Dadurch ergibt sich eine Resonanzfrequenz von durchschnittlich etwa 7,8 Hz, die z. B. durch die Jahreszeiten und andere Einflüsse leicht schwankt.

Auch bei Vielfachen dieser Frequenz liegt eine Schumann-Resonanz vor, das stärkste Signal liegt aber bei der Grundfrequenz von 7,8 Hz.

Dieses Phänomen wurde 1952 von Winfried Otto Schumann und Herbert L. König entdeckt. Bereits früher war die Existenz derartiger Resonanzen postuliert worden. Die elektromagnetischen Wellen werden lokal leicht durch künstlich erzeugte Wechselfelder verdeckt. Bei der Vermessung des Frequenzspektrums in diesem niederfrequenten Bereich sind auch stärkere künstlich erzeugte Wellen zu beobachten, so z. B. die Frequenzen des europäischen und des amerikanischen Stromnetzes (50 Hz bzw. 60 Hz) und amerikanischer bzw. russischer U-Boot-Kommunikationssysteme (76 Hz bzw. 82 Hz).

Schumann-Resonanz-Frequenzen bis 300 Hz gehören in den Frequenzbereich, der international durch die Abkürzung ELF bekannt ist.

Literatur

• Kristian Schlegel, Martin Füllekrug: Weltweite Ortung von Blitzen: 50 Jahre Schumann-Resonanzen. Physik in unserer Zeit 33(6), 2002, ISSN 0031-9252, S. 256 – 261.
• John David Jackson: Klassische Elektrodynamik. 4. Auflage. Gruyter, Berlin 2005 (übersetzt von Kurt Müller, Christopher Witte), ISBN 978-3110189704.

Weblinks

• Schumann resonance - engl.
• Schumann Resonance Measurements as a Sensitive Diagnostic for Global Change - engl.
• Schumann resonances, experimental results, electric component - engl.
• A description of a homebrew ELF magnetic field detector experiment - engl.
• Magnetic activity and Schumann resonance - engl.

Siehe auch

• Erdmagnetfeld