Резонанс Шумана в полости Земля - ионосфера

Sergio Toledo Redondo

 

Настоящая публикация представляет собой перевод комментариев к инфографике доклада сотрудника Европейского Космического Агентства Серхио Толедо Редондо (Мадрид, Испания), сделанного им на семинаре Шведского Института Космической Физики (Institutet for RymdFysik - IRF) в Уппсале 6 ноября 2013 года.

Перевод c английского © Janto.

Оригинал здесь: Schumann resonances in the Earth-ionosphere cavity.

Несморя на минимум текстового материала данный документ дает хорошее панорамное представление о об основных современных направлениях исследований и проблематики резонанса Шумана.

ВНИМАНИЕ! В связи с большим объемом иллюстраций загрузка страницы может занять некоторое время.

 

Введение

[наверх]

Полость Земля - Ионосфера

Глобально Земля может рассматриваться как проводящая сфера, окруженная воздухом. Однако, начиная с высот 40-50 км, проводимость нижнего слоя ионосферы начинает расти. Такая структура формирует электромагнитную полость со своими собственными резонансными модами в диапазонах ELF (резонанс Шумана) и ULF (атмосферики). В данной полости могут присутствовать два типа стоячих волн: поперечная электрическая (TEr) и поперечная магнитная (TMr).

Примечание Janto: В русскоязычной литературе аналогом диапазона ELF (extremaly low frequency) является диапазон СНЧ (сверхнизких частот, 30 -300 Гц), а аналогом диапазона ULF (ultra-low frequency) является диапазон УНЧ (ультра-низких частот, 300 - 3000 Гц).

Источник иллюстрации: Nickolaenko, A. P., and M. Hayakawa, Resonances in the Earth - Ionosphere Cavity, Kluwer Acad., Dordrecht, The Netherlands, 2002.

Здесь: Air - воздух, Ionosphere - ионосфера, Earths surface - поверхность Земли, conductors - проводники, dielectric - диэлектрик, conductivity profiles - профили проводимости, Night profile - ночной профиль, Day profile - дневной профиль, Conductivity - проводимость, Altitude - высота.

Волны в полости Земля - Ионосфера

Эскиз низкочастотных волн, обнаруживаемых в тропофсере-ионосфере

Источник иллюстрации: F. Simoes, R. Pfaff, JJ. Berthelier, and J. Klenzing, A review of low frequency electromagnetic wave phenomena related to tropospheric-ionospheric coupling mechanisms, Space Sci Rev, 168:551-593, 2012.

Здесь:

1. Schumann resonances - резонансы Шумана;
2. Atmospherics - атмосферики;
3. Geomagnetic pulsations - геомагнитные пульсации;
4. Alfven waves (magnetosonic) - волны Альфвена (магнитоакустические);
5. Alfven waves (shear) - волны Альфвена (поперечные);
6. Whistler - свистовая волна (то же, что вистлер или свистящий атмосферик);
7. VLF propagation - СНЧ распространение;
8. VLF reflection - СНЧ отражение;
9. VLF subionospheric - СНЧ субионосферик,

а также: Magnetic Field Line/Plasmapause - линия магнитного поля/плазмопауза; ~350 km (F-peak) - верхняя граница слоя F ионосферы; ~100 km - нижняя граница ионосферы.

Атмосферное электричество

В каждый момент на Земле отмечается около 2000 гроз. Существует 4 экваториально-тропические зоны, где грозы происходят наиболее часто: Центральная Африка, Южная и Центральная Америка, Карибский бассейн и Юго-Восточная Азия с Индонезией.

Годовое распределение глобальной грозовой активности (молний на кв. км в год)

Источник иллюстрации: H.J. Christian et al., Global frequency and distribution of lightning as observed from space by the Optical Transient Detector. J. Geophys. Res., vol. 108(D1), pp. 4005, 2003.

Роль молний

A. Генерирование молний

B. Влияние трех основных зон

Источник иллюстрации A: D. Siingh, RP. Singh, AK. Kamra, PN. Gupta, R. Singh, V. Gopalakrishnan, AK. Singh, Review of electromagnetic coupling between the Earth's atmosphere and the space environment, J. Atm. Solar-Terr. Phys., 67, 637-658, 2005

Здесь:

· Convection, J_C - ток конвекции J_C;

· Lightning, J_L - ток молнии J_L;

· Precipitation, J_P - ток осадков J_P;

· Point Discharge J_E - точечный разряд J_E;

· Charge Separation Current - ток разделения зарядов;

· Conduction, J_E - ток проводимости J_E.

Источник иллюстрации B: Nickolaenko, A. P., and M. Hayakawa, Resonances in the Earth - Ionosphere Cavity, Kluwer Acad., Dordrecht, The Netherlands, 2002.

Здесь:

· Lightning Activity, a.u. - грозовая активность, в относительных единицах;

· UT hr - Всемирное время, час.

Сейсмоэлектромагнетизм

Источник иллюстрации: www.isfep.com, сайт ISFEP - Международного сообщества по предвестникам землетрясений.

Здесь:

· Lithosphere, Atmosphere, Ionosphere - литосфера, атомосфера и ионосфера соответственно;

· LAI Coupling - взаимосвязь литосферы, атмосферы и ионосферы в предверии землетрясения;

· Electron density change - изменение концентрации (плотности) электронов;

· Air/Borehole VLF antenna - воздушная/скважинная УНЧ-антенна;

· VHF Antenna - УКВ антенна;

· Heating, Ground motion, Positive Hole Diffusion - нагрев, движение пород, дырочная диффузия;

· F layer - слой F ионосферы;

· EM/ULF Emission - электромагнитное/УНЧ излучение;

· Thundercloud/C-G Lightning - грозовое облако/молния облачность-земля;

· Hypocenter - эпицентр землетрясения;

· Discharge/Resistivity Change/Electrokinetic - разряд/изменение сопротивления/электрокинетика;

· Microfracture/Radon etc Emission - микротрещины/эманация радона и др. газов;

· Atmospheric gravity wave - приливная волна в атмосфере.