Жаһандық электромагниттік резонанстар: Найза таралғаннан туындайтын Шұман толқындары
Schumann resonances
Шуман резонанстары – жер және ионосфера арасындағы молния оқиғаларынан туындайтын, 3-60 Гц жиілікті электромагниттік толқындар. Қазақстанда зерттелуде.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Шумман резонанстары (ШР) – Жердің электромагниттік өрісі спектрінің өте төмен жиілікті бөлігіндегі спектрлік шыңдар жиынтығы. Шумман резонанстары – Жер беті мен ионосфера арасындағы қуыста найзағай разрядтарынан туындайтын және күшейтілетін ғаламдық электромагниттік резонанстар.
Global electromagnetic resonances, generated and excited by lightning discharges
The Schumann resonances (SR) are a set of spectrum peaks in the extremely low frequency portion of the Earth's electromagnetic field spectrum. Schumann resonances are global electromagnetic resonances, generated and excited by lightning discharges in the cavity formed by the Earth's surface and the ionosphere.
Сипаттама
Әлемдік электромагниттік резонанс құбылысы 1952 жылы математикалық тұрғыдан болжаған физик Винфрид Отто Шуманның есімімен аталады. Шуман резонанстары электромагниттік спектрдің 3 Гц-тен 60 Гц-ке дейінгі бөлігіндегі негізгі фон болып табылады және 7,83 Гц (негізгі), 14,3, 20,8, 27,3 және 33,8 Гц шамасындағы өте төмен жиіліктерде анық шыңдар түрінде көрінеді. Шуман резонанстарының пайда болуы Жер беті мен өткізгіш ионосфера арасындағы кеңістіктің жабық, бірақ өзгермелі көлемді толқын жетекші ретінде әрекет етуіне байланысты. Жердің шектеулі өлшемдері осы толқын жетекшісінің өте төмен жиілікті электромагниттік толқындар үшін резонанстық қуысқа айналуына себеп болады. Бұл қуыс электр тогы бар молниялар арқылы табиғи түрде қозғалады. Шуман резонанстарының қалыпты режимдегі сипаттамаларында негізгі режим – Жердің айналымына тең толқын ұзындығына ие Жер-ионосфера қуысындағы тұрақты толқын. Ең төменгі жиілікті режим ең жоғары қарқындылыққа ие, ал барлық режимдердің жиілігі ионосфераға (жабық қуыстың жоғарғы қабырғасын қысатын) күннің әсерінен туындайтын бұзылыстар және басқа факторлардың әсерінен сәл өзгеруі мүмкін. Жоғары резонанстық режимдер шамамен 6,5 Гц интервалмен орналасқан (формулаға сандар енгізу арқылы көрінеді), бұл атмосфераның сфералық геометриясына тән ерекшелік. Шыңдардың спектрлік ені шамамен 20% құрайды, себебі бұл режимдердің энергиясы жоғалатын (диссипациялық) қуыста сөнуге ұшырайды. Шуман резонанстарын бақылау арқылы жаһандық молния белсенділігін қадағалауға болады. Молния белсенділігі мен Жер климаты арасындағы байланыс ескеріле отырып, оларды жаһандық температураның және жоғарғы тропосферадағы су буының өзгеруін бақылау үшін пайдалануға болатыны айтылады. Шуман резонанстары Жердегі төменгі ионосфераны зерттеу үшін қолданылды және олар аспан денелеріндегі төменгі ионосфераны зерттеудің бір жолы ретінде қарастырылады. Геофизикалық іздеу жұмыстарында Шуман резонанстары теңіз астындағы көмірсутек кен орындарын анықтау үшін қолданылады.
The global electromagnetic resonance phenomenon is named after physicist Winfried Otto Schumann who predicted it mathematically in 1952. Schumann resonances are the principal background in the part of the electromagnetic spectrum from 3 Hz through 60 Hz, and appear as distinct peaks at extremely low frequencies around 7.83 Hz (fundamental), 14.3, 20.8, 27.3, and 33.8 Hz. Schumann resonances occur because the space between the surface of the Earth and the conductive ionosphere acts as a closed, although variable sized waveguide. The limited dimensions of the Earth cause this waveguide to act as a resonant cavity for electromagnetic waves in the extremely low frequency band. The cavity is naturally excited by electric currents in lightning. In the normal mode descriptions of Schumann resonances, the fundamental mode is a standing wave in the Earth–ionosphere cavity with a wavelength equal to the circumference of the Earth. The lowest frequency mode has the highest intensity, and the frequency of all modes can vary slightly owing to solar induced perturbations to the ionosphere (which compress the upper wall of the closed cavity) amongst other factors. The higher resonance modes are spaced at approximately 6.5 Hz intervals (as may be seen by feeding numbers into the formula), a characteristic attributed to the atmosphere's spherical geometry. The peaks exhibit a spectral width of approximately 20% due to the damping of the respective modes in the dissipative cavity. Observations of Schumann resonances have been used to track global lightning activity. Owing to the connection between lightning activity and the Earth's climate it has been suggested that they may be used to monitor global temperature variations and variations of water vapor in the upper troposphere. Schumann resonances have been used to study the lower ionosphere on Earth and it has been suggested as one way to explore the lower ionosphere on celestial bodies. In geophysical survey, Schumann resonances are used to locate offshore hydrocarbon deposits.
Тарих
1893 жылы Джордж Фрэнсис Фицджеральд атмосфераның жоғарғы қабаттарының жақсы өткізгіш болуы тиіс екенін атап өтті. Бұл қабаттардың биіктігі жер бетінен шамамен 100 км дейін жетеді деп есептегенде, ол тербелістердің (осы жағдайда Шуман резонанстарының ең төменгі режимі) периоды 0,1 секундқа тең болады деп болжады. Осы үлесі үшін осы резонанстарды «Шуман–Фицджеральд резонанстары» деп атау ұсынылды. Дегенмен, Фицджеральдтың жарияланымдары кеңінен танылмады, себебі олар тек Британдық ғылымды дамыту қауымдастығының мәжілісінде таныстырылды, содан кейін Nature журналында қысқаша айтылды. Электромагниттік толқындарды ұстап тұра алатын ионосфераның бар екендігі туралы алғашқы ұсынысты Хевисайд пен Кеннелли (1902) жасады. Ионосфераның бар екенін тәжірибе жүзінде дәлелдеу үшін Эдвард Апплтон мен Барнеттке 1925 жылға дейін тағы жиырма жыл уақыт керек болды. Сфералық толқын жетектерімен жұмыс істеуге қажетті маңызды математикалық құралдардың бір бөлігін 1918 жылы Г.Н. Уотсон жасағанмен, жер–ионосфера толқын жетектері жүйесінің ғаламдық резонанстарын, бүгінде Шуман резонанстары деп танылатынын, тұңғыш рет теориялық тұрғыдан зерттеген – Уинфрид Отто Шуман. 1952–1954 жылдары Шуман Х.Л. Кёнигпен бірлесіп резонанстық жиіліктерді өлшеуге тырысты. Алайда, резонанстық ақпаратты фондық шудан бөліп алуға қажетті талдау әдістері 1960–1963 жылдары Балсер мен Вагнер жасаған өлшемдер кезінде ғана қолжеткілі болды. Осыдан бері Шуман резонанстарына қызығушылық әртүрлі салаларда артып келеді.
In 1893, George Francis FitzGerald noted that the upper layers of the atmosphere must be fairly good conductors. Assuming that the height of these layers is about 100 km above ground, he estimated that oscillations (in this case the lowest mode of the Schumann resonances) would have a period of 0.1 second. Because of this contribution, it has been suggested to rename these resonances "Schumann–FitzGerald resonances". However, FitzGerald's findings were not widely known, as they were only presented at a meeting of the British Association for the Advancement of Science, followed by a brief mention in a column in Nature. The first suggestion that an ionosphere existed, capable of trapping electromagnetic waves, is attributed to Heaviside and Kennelly (1902). It took another twenty years before Edward Appleton and Barnett in 1925 were able to prove experimentally the existence of the ionosphere. Although some of the most important mathematical tools for dealing with spherical waveguides were developed by G. N. Watson in 1918, it was Winfried Otto Schumann who first studied the theoretical aspects of the global resonances of the earth–ionosphere waveguide system, known today as the Schumann resonances. In 1952–1954 Schumann, together with H. L. König, attempted to measure the resonant frequencies. However, it was not until measurements made by Balser and Wagner in 1960–1963 that adequate analysis techniques were available to extract the resonance information from the background noise. Since then there has been an increasing interest in Schumann resonances in a wide variety of fields.
Негізгі теория
Найзағай разрядтары Шуман резонансын қоздырудың басты табиғи көзі саналады; найзағай арналары шамамен 100 кГц-тан төмен жиіліктерде электромагниттік энергияны сәулелендіретін алып антенналар сияқты жұмыс істейді. Бұл сигналдар найзағай көзінен алыс қашықтықта өте әлсіз болады, бірақ Жер-ионосфера толқын жетектері өте төмен резонанстық жиіліктерде резонатор рөлінде әрекет етеді. Шуман резонанстарын анықтау және тіркеу үшін арнайы қабылдағыштар мен антенналар қажет. Электр компоненті көбінесе 1966 жылы Огава және авторлар ұсынған, жоғары кедергілі күшейткішке қосылған шар антеннамен өлшенеді. Магниттік индукция орамдары әдетте өте жоғары магниттік өткізгіштігі бар өзекке оралған ондаған мыңнан жүздеген мыңға дейін сымнан тұрады.
Lightning discharges are considered to be the primary natural source of Schumann resonance excitation; lightning channels behave like huge antennas that radiate electromagnetic energy at frequencies below about 100 kHz. These signals are very weak at large distances from the lightning source, but the Earth–ionosphere waveguide behaves like a resonator at extremely low resonance frequencies. Specialized receivers and antennas are needed to detect and record Schumann resonances. The electric component is commonly measured with a ball antenna, suggested by Ogawa et al., in 1966, connected to a high impedance amplifier. The magnetic induction coils typically consist of tens to hundreds of thousands of turns of wire wound around a core of very high magnetic permeability.
Жарық шашуының белсенділігіне тәуелділік
Шуман резонансын зерттеулер басталғаннан бері, олардың жаһандық найзағай белсенділігін қадағалауға қолданылатыны белгілі болды. Кез келген уақытта әлемде шамамен 2000 күн күркіреу оқиғасы болады. Секундына шамамен 50 найзағай туындап, осы күн күркіреулер тікелей Шуман резонансының негізгі сигналымен байланысты. Шуман резонансының тіркелген мәліметтерінен найзағайдың кеңістіктегі таралуын анықтау – күрделі мәселе. Шуман резонансының тіркелген мәліметтерінен найзағайдың қарқындылығын бағалау үшін найзағай көздеріне дейінгі қашықтықты және көз бен бақылаушы арасындағы толқын таралуын ескеру қажет. Көп қолданылатын тәсіл – найзағай климатологиясының белгілі қасиеттеріне сүйене отырып, кеңістіктегі найзағай таралуы туралы алдын ала болжам жасау. Балама тәсіл – қабылдағышты Солтүстік немесе Оңтүстік полюске орналастыру, олар күндізгі уақытта негізгі күн күркіреу орталықтарынан шамамен бірдей қашықтықта болады. Найзағай таралуы туралы алдын ала болжамдарды қажет етпейтін бір әдіс – орташа негізгі Шуман резонанс спектрлерін талдау, орташа электрлік және магниттік спектрлер арасындағы, сондай-ақ олардың сызықтық комбинациялары арасындағы қатынастарды пайдалану. Бұл техника қуыстың сфералық симметриялы екенін болжайды және жүйедегі электромагниттік толқындардың резонанс және таралу қасиеттеріне әсер ететін деп саналатын қуыстың асимметрияларын ескермейді.
From the very beginning of Schumann resonance studies, it was known that they could be used to monitor global lightning activity. At any given time there are about 2000 thunderstorms around the globe. Producing approximately 50 lightning events per second, these thunderstorms are directly linked to the background Schumann resonance signal. Determining the spatial lightning distribution from Schumann resonance records is a complex problem. To estimate the lightning intensity from Schumann resonance records it is necessary to account for both the distance to lightning sources and the wave propagation between the source and the observer. A common approach is to make a preliminary assumption on the spatial lightning distribution, based on the known properties of lightning climatology. An alternative approach is placing the receiver at the North or South Pole, which remain approximately equidistant from the main thunderstorm centers during the day. One method not requiring preliminary assumptions on the lightning distribution is based on the decomposition of the average background Schumann resonance spectra, utilizing ratios between the average electric and magnetic spectra and between their linear combination. This technique assumes the cavity is spherically symmetric and therefore does not include known cavity asymmetries that are believed to affect the resonance and propagation properties of electromagnetic waves in the system.
Күндізгі ауытқулар
Шуман резонансы құбылысының ең жақсы құжатталған және ең көп талқыланған ерекшеліктері – фондық Шуман резонансы қуат спектрінің тәуліктік өзгерулері болып табылады. Шуман резонансының тәуліктік тіркемесі жаһандық найзағай белсенділігінің және көзді шығару аймағы мен бақылаушы арасындағы Жер-ионосфера қуысының жағдайын көрсетеді. Вертикаль электр өрісі көздің бақылаушыға қатысты бағытына тәуелсіз болғандықтан, ол жаһандық найзағайдың өлшемі болып табылады. Вертикаль электр өрісінің тәуліктік динамикасы планеталық найзағай белсенділігінің үш "ыстық нүктесімен" байланысты үш анық максимумды көрсетеді: 9 UT (Universal Time) Оңтүстік-Шығыс Азиядағы найзағай белсенділігінің күндізгі шыңымен байланысты біреуі; 14 UT Африка найзағай белсенділігінің шыңымен байланысты біреуі; және 20 UT Оңтүстік Америка найзағай белсенділігінің шыңымен байланысты біреуі. Максимумдардың уақыты мен амплитудасы жыл бойы өзгереді, бұл найзағай белсенділігінің маусымдық өзгерістерімен байланысты.
The best documented and the most debated features of the Schumann resonance phenomenon are the diurnal variations of the background Schumann resonance power spectrum. A characteristic Schumann resonance diurnal record reflects the properties of both global lightning activity and the state of the Earth–ionosphere cavity between the source region and the observer. The vertical electric field is independent of the direction of the source relative to the observer, and is therefore a measure of global lightning. The diurnal behavior of the vertical electric field shows three distinct maxima, associated with the three "hot spots" of planetary lightning activity: one at 9 UT (Universal Time) linked to the daily peak of thunderstorm activity from Southeast Asia; one at 14 UT linked to the peak of African lightning activity; and one at 20 UT linked to the peak of South American lightning activity. The time and amplitude of the peaks vary throughout the year, linked to seasonal changes in lightning activity.
"Шымкент" рейтингісі
Жалпы алғанда, Африка шыңы ең күшті болып табылады, бұл Африканың "мұржасының" жаһандық найзағай белсенділігіне қосатын үлкен үлесін көрсетеді. Басқа екі шың – Азия мен Американың – орналасуы Шуман резонансы ғалымдары арасындағы қызу пікірталас нысаны болып табылады. Еуропадан жасалған Шуман резонансы байқаулары Азияның Оңтүстік Америкадан гөрі үлкен үлес қосатынын көрсетсе, Солтүстік Америкадан жасалған байқаулар басым үлестің Оңтүстік Америкадан келетінін көрсетеді. Уильямс пен Сатори Азия-Америка мұржаларының дұрыс ретін анықтау үшін, ионосфераның өткізгіштігіндегі күндізгі/түнгі өзгерістердің (күндізгі/түнгі асимметрияның) әсерін Шуман резонансы жазбаларынан жою қажет деп санайды. Сатори және авторлар тобы ұсынған "түзетілген" жазбалар, Шуман резонансы жазбаларынан күндізгі/түнгі асимметрияның әсерін жойғаннан кейін де Азияның үлесі американдықтан жоғары екенін көрсетеді. Pechony және авторлар тобы да осыған ұқсас нәтижелерге қол жеткізді, олар спутниктік найзағай деректерінен Шуман резонанстық өрісін есептеп шығарды. Спутниктік карталардағы найзағайдың таралуы Шуман қоздырғыштарының жақсы көрсеткіші деп есептелді, әйтсе де спутниктік бақылаулар негізінен резонанстардың негізгі қоздырғыштары болып табылатын бұлттан жерге түсетін найзағайларға қарағанда бұлттағы найзағайларды өлшейді. Күндізгі/түнгі асимметрияны ескермейтін және ескеретін екі модельдеу де Азия-Америка мұржаларының бірдей ретін көрсетті. Алайда, кейбір оптикалық спутниктік және климаттық найзағай деректері Оңтүстік Америкадағы найзағай орталығының Азия орталығынан күштірек екенін көрсетеді. Кейінгі теориялық зерттеулер ионосфераның күндізгі/түнгі асимметриясының (күндізгі және түнгі ионосфера өткізгіштігінің айырмашылығының) Шуман резонанстық өрісінің байқалатын қарқындылығына тигізетін әсерінің шағын екенін көрсететін алғашқы бағалауларды растады. Ионосфера өткізгіштігіндегі күндізгі/түнгі асимметрияның Шуман резонанстарына тигізетін әсеріне қызығушылық 1990 жылдары Сентман мен Фрейзердің жұмысын жариялағаннан кейін қайта жанданды. Олар екі қашық станцияда бір мезгілде алынған жазбаларды пайдаланып, байқалатын өріс қуатының өзгеруіне жаһандық және жергілікті үлестерді бөліп алуға арналған әдіс әзірледі. Олар әр станцияда байқалатын тәуліктік өзгерістерді жергілікті ионосфера биіктігімен модуляцияланған күн сайын өзгеретін жаһандық қоздырудың комбинациясы ретінде түсіндірді. Шуман резонанстық амплитудалық жазбалары күндізгі және маусымдық өзгерістерді көрсетеді, олар көбінесе күндізгі/түнгі ауысу уақытымен (терминатормен) сәйкес келеді. Бұл уақыт сәйкестігі күндізгі/түнгі ионосфералық асимметрияның Шуман резонанстық амплитудасына елеулі әсер ететінін қолдайды. Күндізгі амплитудалық өзгерістердің сағаттай дәлдігін көрсететін жазбалар бар. Көзіне түскен күндізгі өзгерістердің басым көзі – бақылаушы әсері екені жалпыға мәлім, бірақ деректерде күндізгі/түнгі белгілердің қаншалықты болуы туралы маңызды пікірталас бар. Бұл пікірталастың бір бөлігі Шуман резонанс параметрлері бақылаудан алынған, олар жарық көзі-ионосфералық жүйе геометриясы туралы шектеулі ақпарат береді. Байқауларды бір мезгілде найзағай көзі функциясы мен ионосфералық құрылымын анықтауға инверттеу мәселесі өте нашар анықталған, бұл бірегей емес түсіндірулерге әкелуі мүмкін.
In general, the African peak is the strongest, reflecting the major contribution of the African "chimney" to global lightning activity. The ranking of the two other peaks—Asian and American—is the subject of a vigorous dispute among Schumann resonance scientists. Schumann resonance observations made from Europe show a greater contribution from Asia than from South America, while observations made from North America indicate the dominant contribution comes from South America. Williams and Sátori suggest that in order to obtain "correct" Asia America chimney ranking, it is necessary to remove the influence of the day/night variations in the ionospheric conductivity (day night asymmetry influence) from the Schumann resonance records. The "corrected" records presented in the work by Sátori, et al. show that even after the removal of the day night asymmetry influence from Schumann resonance records, the Asian contribution remains greater than American. Similar results were obtained by Pechony et al. who calculated Schumann resonance fields from satellite lightning data. It was assumed that the distribution of lightning in the satellite maps was a good proxy for Schumann excitations sources, even though satellite observations predominantly measure in cloud lightning rather than the cloud to ground lightning that are the primary exciters of the resonances. Both simulations—those neglecting the day night asymmetry, and those taking this asymmetry into account—showed the same Asia America chimney ranking. On the other hand, some optical satellite and climatological lightning data suggest the South American thunderstorm center is stronger than the Asian center. Subsequent theoretical studies supported the early estimations of the small influence of the ionosphere day night asymmetry (difference between day side and night side ionosphere conductivity) on the observed variations in Schumann resonance field intensities. The interest in the influence of the day night asymmetry in the ionosphere conductivity on Schumann resonances gained new strength in the 1990s, after publication of a work by Sentman and Fraser. developed a technique to separate the global and the local contributions to the observed field power variations using records obtained simultaneously at two stations that were widely separated in longitude. They interpreted the diurnal variations observed at each station in terms of a combination of a diurnally varying global excitation modulated by the local ionosphere height. Schumann resonance amplitude records show significant diurnal and seasonal variations which generally coincide in time with the times of the day night transition (the terminator). This time matching seems to support the suggestion of a significant influence of the day night ionosphere asymmetry on Schumann resonance amplitudes. There are records showing almost clock like accuracy of the diurnal amplitude changes. It is generally acknowledged that source observer effects are the dominant source of the observed diurnal variations, but there remains considerable controversy about the degree to which day night signatures are present in the data. Part of this controversy stems from the fact that the Schumann resonance parameters extractable from observations provide only a limited amount of information about the coupled lightning source ionospheric system geometry. The problem of inverting observations to simultaneously infer both the lightning source function and ionospheric structure is therefore extremely underdetermined, leading to the possibility of non unique interpretations.
"Алмасу проблемасы"
Шуман резонанстарын зерттеудегі қызықты мәселелердің бірі – найзағай көзінің сипаттамаларын анықтау («кері проблема»). Әрбір жарқылды уақыт бойынша анықтау мүмкін емес, себебі найзағайдың орташа қоздыру жиілігі, яғни әлем бойынша секундтына шамамен 50 найзағай оқиғасы, жеке үлестерді араластырып жібереді. Дегенмен, кейде өте күшті найзағайлар пайда болады, олар фондық сигналдардан ерекше көзге түсетін ерекше белгілерді тудырады. «Q жарқылдары» деп аталатын бұл құбылыстар, қарқынды найзағай соққыларынан пайда болады, олар бұлттардан жерге үлкен мөлшерде зарядты жеткізеді және көбінесе жоғары ток шамасын көрсетеді. Зерттеулер көрсеткендей, ең көп кездесетін TLE – шприттер, найзағайлы дауыл жүйесінің қабатты аймағында пайда болатын оң полярлы бұлттан жерге түсетін найзағайлардың нәтижесінде туындайды және Шуман резонанстары диапазонында Q жарқылдарымен сүйемелденеді. Жақындағы бақылаулар шприттер мен Q жарқылдарының пайда болу жиілігінің өте жоғары корреляцияланғанын және Шуман резонанстарының деректерін шприттердің жаһандық таралу деңгейін бағалау үшін пайдалануға болатындығын көрсетіп тұр.
One of the interesting problems in Schumann resonances studies is determining the lightning source characteristics (the "inverse problem"). Temporally resolving each individual flash is impossible because the mean rate of excitation by lightning, ~50 lightning events per second globally, mixes up the individual contributions together. However, occasionally extremely large lightning flashes occur which produce distinctive signatures that stand out from the background signals. Called "Q bursts", they are produced by intense lightning strikes that transfer large amounts of charge from clouds to the ground and often carry high peak current. showed that sprites, the most common TLE, are produced by positive cloud to ground lightning occurring in the stratiform region of a thunderstorm system, and are accompanied by Q burst in the Schumann resonances band. Recent observations reveal that occurrences of sprites and Q bursts are highly correlated and Schumann resonances data can possibly be used to estimate the global occurrence rate of sprites.
Жер бетіндегі температура
Уильямс [1992] әлемдік температураны Шуман резонанстары арқылы қадағалауға болатынын ұсынды. Шуман резонансы мен температура арасындағы байланыс – молния жылдамдығы, ол температурамен сызықты емес түрде артады. Молниялар атмосфера температурасына әсер ететін сәулелену кері байланыс әсерлерінде маңызды рөл атқарады. Сондықтан Шуман резонанстары осы кері байланыс әсерлерін түсінуге көмектесе алады. 2006 жылы Шуман резонансын жаһандық жер беті температурасымен байланыстыратын мақала жарияланды, және одан кейін 2009 жылы осы тақырыпта зерттеу жүргізілді.
Williams [1992] suggested that global temperature may be monitored with the Schumann resonances. The link between Schumann resonance and temperature is lightning flash rate, which increases nonlinearly with temperature. have an important role in the radiative feedback effects that influence the atmosphere temperature. Schumann resonances may therefore help us to understand these feedback effects. A paper was published in 2006 linking Schumann resonance to global surface temperature, which was followed up with a 2009 study.
Жоғарғы тропосфералық су буы
Тропосфералық су буы – Жердің климатының маңызды құрауышы болып табылады, ол парниктік газ ретінде тікелей әсер етеді, сондай-ақ бұлттармен, аэрозольдермен және тропосфералық химиямен өзара әрекеттесу арқылы жанама әсер етеді. Жоғарғы тропосфералық су буы (UTWV) төменгі атмосферадағы су буына қарағанда парниктік эффектіге күштірек әсер етеді, бірақ бұл әсердің оң немесе теріс кері байланыс екені әлі анық емес. Бұл мәселені шешудегі негізгі қиындық – ҰТВВ-ны ұзақ мерзімдік кезеңдерде жаһандық деңгейде бақылаудың қиындығы. Құрлықтағы терең конвективті дауылдар Жердегі шағыннайзағайлардың көп бөлігін тудырады. Одан әрі, олар үлкен мөлшерде су буын жоғарғы тропосфераға жеткізеді, бұл жаһандық UTWV-нің өзгеруіне басымдық береді. Прайс [2000] UTWV өзгерістерін Шуман резонанстарының тіркелмелерінен алуға болатынын айтқан.
Tropospheric water vapor is a key element of the Earth's climate, which has direct effects as a greenhouse gas, as well as indirect effects through interaction with clouds, aerosols and tropospheric chemistry. Upper tropospheric water vapor (UTWV) has a much greater impact on the greenhouse effect than water vapor in the lower atmosphere, but whether this impact is a positive or a negative feedback is still uncertain. The main challenge in addressing this question is the difficulty in monitoring UTWV globally over long timescales. Continental deep convective thunderstorms produce most of the lightning discharges on Earth. In addition, they transport large amount of water vapor into the upper troposphere, dominating the variations of global UTWV. Price [2000] suggested that changes in the UTWV can be derived from records of Schumann resonances.
Венера
Венерада найзағайдың болуын дәлелдейтін ең сенімді дерек – "Венера-11" және "Венера-12" қондырғыштары алғаш рет тіркеген электромагниттік толқындар. Венерадағы Шуман резонанстарының теориялық есептеулері туралы Nickolaenko және Rabinowicz [1982] және Pechony мен Price [2004] хабарлаған. Екі зерттеу де бір-біріне өте жақын нәтижелер көрсетті, бұл планетада жарық көзінен туындайтын және тиісті орналасқан сенсормен Шуман резонанстарын оңай анықтауға болатынын көрсетеді.
The strongest evidence for lightning on Venus comes from the electromagnetic waves first detected by Venera 11 and 12 landers. Theoretical calculations of the Schumann resonances at Venus were reported by Nickolaenko and Rabinowicz [1982] and Pechony and Price [2004]. Both studies yielded very close results, indicating that Schumann resonances should be easily detectable on that planet given a lightning source of excitation and a suitably located sensor.
Марс
Марс жағдайында радиоэмиссия спектрлерінің жер бетінен жасалған бақылаулары Шуман резонанстарымен байланыстырылған. Дәлелдер тікелей емес және шамамен күтілетін Шуман резонансы жиіліктеріндегі термиялық емес микротолқын спектрінің модуляциясы түрінде көрінеді. Бұл Марстағы электр разрядтарымен байланысты екені тәуелсіз расталмаған. Егер бұл факт тікелей, in situ бақылаулар арқылы расталса, онда Эден мен Воннегут [1973] және Ренно және авторлар [2003] Марстағы шаң дауылдарында зарядтың бөлінуі және молния соққыларының болу мүмкіндігін көрсетеді. Марстың жаһандық резонанстарын Сухоруков [1991] және Пехони мен Прайс [2004] модельдеген. Үш зерттеудің нәтижелері шамалы өзгеше, бірақ кем дегенде алғашқы екі Шуман резонансы режимі анықталуға тиіс. Шуманның алғашқы үш резонанс режимінің дәлелі Марстың шаң дауылдарында тіркелген молниядан шыққан радиоэмиссия спектрлерінде бар. Алайда, Кассини-Хюйгенс аппаратының соңғы деректері Сатурнның ең ірі серігінде молния белсенділігінің жоқтығын көрсетеді. Титанға қатысты соңғы қызығушылық, Кассини-Хюйгенс миссиясымен байланысты, оның ионосферасы бүгінгі күні ең толыққанды модельделген. Титанның Шуман резонанстары басқа аспан денелеріне қарағанда көбірек зейін алды, Бэссер және авторлар [2002], Моренте және авторлар [2003], Молина Куберос және авторлар [2004], Николоенко және авторлар [2003] және Пехони мен Прайс [2004] еңбектерінде осы мәселе жан-жақты қарастырылған.
In the case of Mars there have been terrestrial observations of radio emission spectra that have been associated with Schumann resonances. The evidence is indirect and in the form of modulations of the nonthermal microwave spectrum at approximately the expected Schumann resonance frequencies. It has not been independently confirmed that these are associated with electrical discharges on Mars. In the event confirmation is made by direct, in situ observations, it would verify the suggestion of the possibility of charge separation and lightning strokes in the Martian dust storms made by Eden and Vonnegut [1973] and Renno et al. [2003]. Martian global resonances were modeled by Sukhorukov [1991], Pechony and Price [2004], The results of the three studies are somewhat different, but it seems that at least the first two Schumann resonance modes should be detectable. Evidence of the first three Schumann resonance modes is present in the spectra of radio emission from the lightning detected in Martian dust storms. but recent data from Cassini–Huygens seems to indicate that there is no lightning activity on this largest satellite of Saturn. Due to the recent interest in Titan, associated with the Cassini–Huygens mission, its ionosphere is perhaps the most thoroughly modeled today. Schumann resonances on Titan have received more attention than on any other celestial body, in works by Besser et al. [2002], Morente et al. [2003], Molina Cuberos et al. [2004], Nickolaenko et al. [2003], and Pechony and Price [2004].
Юпитер мен Сатурн
Юпитерде найзағай белсенділігі оптикалық түрде анықталды. Бұл планетада найзағайдың болуын Бар Нун [1975] болжаған, ал қазір оны Галилео, Вояджер 1 және 2, Пионер 10 және 11, және Кассини аппараттарының мәліметтері растайды. Сатурнда да найзағай белсенділігі бар екені анықталды. Үш ғарыш кемесі (Пионер 11 1979 жылы, Вояджер 1 1980 жылы және Вояджер 2 1981 жылы) оптикалық байқаулар арқылы нақты дәлелдер келтіре алмады, бірақ 2012 жылдың шілдесінде Кассини аппараты көзге көрінетін найзағайдың жарқырауын тіркеді, ал аппараттағы электромагниттік сенсорлар найзағайға тән белгілерді анықтады. Осы жерде Юпитердің газды атмосферасындағы электр өткізгіштігінің профилі жұлдыздың ішкі құрылымын модельдеу үшін қолданылатын әдістерге ұқсас әдістермен есептелді, сондай-ақ осы әдістерді басқа газды алып планеталар – Сатурн, Уран және Нептунға да оңай қолдануға болатыны көрсетілді. Юпитердегі күшті найзағай белсенділігін ескере отырып, планеталық ионосфералық кеңістікте орналасқан сенсормен Шуман резонанстарын анықтау оңай болуы керек.
Lightning activity has been optically detected on Jupiter. Existence of lightning activity on that planet was predicted by Bar Nun [1975] and it is now supported by data from Galileo, Voyagers 1 and 2, Pioneers 10 and 11, and Cassini. Saturn is also confirmed to have lightning activity. Though three visiting spacecraft (Pioneer 11 in 1979, Voyager 1 in 1980, and Voyager 2 in 1981) failed to provide any convincing evidence from optical observations, in July 2012 the Cassini spacecraft detected visible lightning flashes, and electromagnetic sensors aboard the spacecraft detected signatures that are characteristic of lightning. Here, the electrical conductivity profile within the gaseous atmosphere of Jupiter was calculated using methods similar to those used to model stellar interiors, and it was pointed out that the same methods could be easily extended to the other gas giants Saturn, Uranus and Neptune. Given the intense lightning activity at Jupiter, the Schumann resonances should be easily detectable with a sensor suitably positioned within the planetary ionospheric cavity.