Rezonanse Schumanna

Animacja rezonansu Schumanna w ziemskiej atmosferze.

Diagram rezonansów Schumanna w atmosferze ziemskiej

Rezonanse Schumanna ( SR ) to zbiór pików widma w części widma pola elektromagnetycznego Ziemi o ekstremalnie niskiej częstotliwości ( ELF) . Rezonans Schumanna to globalny rezonans elektromagnetyczny , generowany i wzbudzany przez wyładowania atmosferyczne we wnęce utworzonej przez powierzchnię Ziemi i jonosferę .

Opis

Globalne zjawisko rezonansu elektromagnetycznego zostało nazwane na cześć fizyka Winfrieda Otto Schumanna , który przewidział je matematycznie w 1952 roku. Rezonanse Schumanna są głównym tłem w części widma elektromagnetycznego od 3 Hz do 60 Hz i pojawiają się jako wyraźne piki przy bardzo niskich częstotliwościach (ELF ) około 7,83 Hz (podstawowa), 14,3, 20,8, 27,3 i 33,8 Hz.

Rezonans Schumanna występuje, ponieważ przestrzeń między powierzchnią Ziemi a przewodzącą jonosferą działa jak zamknięty falowód o zmiennej wielkości . Ograniczone wymiary Ziemi powodują, że falowód ten działa jak wnęka rezonansowa dla fal elektromagnetycznych w paśmie ELF . Wnęka jest naturalnie wzbudzana przez prądy elektryczne podczas wyładowań atmosferycznych.

W opisach rezonansów Schumanna w trybie normalnym mod podstawowy to fala stojąca we wnęce Ziemia-jonosfera o długości fali równej obwodowi Ziemi. Mod o najniższej częstotliwości ma najwyższą intensywność, a częstotliwość wszystkich modów może się nieznacznie różnić z powodu wywołanych słońcem perturbacji jonosfery (które ściskają górną ścianę zamkniętej wnęki) [potrzebne źródło ^{] między innymi} . Wyższe mody rezonansowe są rozmieszczone w odstępach około 6,5 Hz (co można zobaczyć, wprowadzając liczby do formuła ), cecha przypisywana kulistej geometrii atmosfery. Piki wykazują szerokość widmową około 20% ze względu na tłumienie odpowiednich modów we wnęce rozpraszającej. ^{[ potrzebne źródło ]}

Obserwacje rezonansów Schumanna wykorzystano do śledzenia globalnej aktywności wyładowań atmosferycznych. Ze względu na związek między aktywnością wyładowań atmosferycznych a klimatem Ziemi zasugerowano, że można je wykorzystać do monitorowania globalnych zmian temperatury i zmian pary wodnej w górnej troposferze. Rezonanse Schumanna były wykorzystywane do badania niższej jonosfery na Ziemi i sugerowano, że jest to jeden ze sposobów badania niższej jonosfery na ciałach niebieskich. Niektórzy sugerowali, że pioruny na innych planetach mogą być wykrywalne i badane za pomocą sygnatur rezonansu Schumanna tych planet.

Zgłaszano wpływ na rezonanse Schumanna po zaburzeniach geomagnetycznych i jonosferycznych. Niedawno dyskretne wzbudzenie rezonansu Schumanna zostało powiązane z przejściowymi zdarzeniami świetlnymi — krasnoludkami , elfami , dżetami i innymi wyładowaniami atmosferycznymi . ^{[ potrzebne źródło ]} Nowy obszar zainteresowania wykorzystujący rezonanse Schumanna jest związany z krótkoterminowym przewidywaniem trzęsień ziemi . ^{[ potrzebne źródło ]}

Zainteresowanie rezonansami Schumanna wznowiło się w 1993 r., kiedy ER Williams wykazał korelację między częstotliwością rezonansową a temperaturą powietrza tropikalnego, sugerując, że rezonans można wykorzystać do monitorowania globalnego ocieplenia . W badaniach geofizycznych rezonanse Schumanna są wykorzystywane do lokalizacji złóż węglowodorów na morzu. ^{[ potrzebna strona ]}

Historia

W 1893 roku George Francis FitzGerald zauważył, że górne warstwy atmosfery muszą być dość dobrymi przewodnikami. Zakładając, że wysokość tych warstw znajduje się około 100 km nad ziemią, oszacował, że oscylacje (w tym przypadku najniższy mod rezonansów Schumanna) miałyby okres 0,1 sekundy. Z powodu tego wkładu zasugerowano zmianę nazwy tych rezonansów na „rezonanse Schumanna – FitzGeralda”. Jednak odkrycia FitzGeralda nie były szeroko znane, ponieważ zostały zaprezentowane dopiero na spotkaniu British Association for the Advancement of Science , a następnie krótka wzmianka w kolumnie w Nature .

Pierwszą sugestię, że istnieje jonosfera zdolna do wychwytywania fal elektromagnetycznych , przypisuje się Heaviside i Kennelly (1902). Minęło kolejne dwadzieścia lat, zanim Edward Appleton i Barnett w 1925 roku byli w stanie eksperymentalnie udowodnić istnienie jonosfery.

Chociaż niektóre z najważniejszych narzędzi matematycznych do radzenia sobie z falowodami sferycznymi zostały opracowane przez GN Watsona w 1918 r., to Winfried Otto Schumann jako pierwszy zbadał teoretyczne aspekty globalnych rezonansów falowodu ziemia-jonosfera system, znany dziś jako rezonanse Schumanna. W latach 1952–1954 Schumann wraz z HL Königiem podjęli próbę pomiaru częstotliwości rezonansowych. Jednak dopiero po pomiarach wykonanych przez Balsera i Wagnera w latach 1960–1963 dostępne były odpowiednie techniki analizy umożliwiające wyodrębnienie informacji o rezonansie z szumu tła. Od tego czasu wzrosło zainteresowanie rezonansami Schumanna w wielu różnych dziedzinach.

Podstawowa teoria

Wyładowania atmosferyczne są uważane za podstawowe naturalne źródło wzbudzenia rezonansu Schumanna; kanały błyskawic zachowują się jak ogromne anteny, które emitują energię elektromagnetyczną o częstotliwościach poniżej około 100 kHz. Sygnały te są bardzo słabe w dużych odległościach od źródła wyładowania atmosferycznego, ale falowód Ziemia-jonosfera zachowuje się jak rezonator przy częstotliwościach ELF i wzmacnia sygnały widmowe pioruna przy częstotliwościach rezonansowych.

W idealnej wnęce częstotliwość rezonansowa $-tego$ trybu ${\ displaystyle f_ {n}}$ jest określona przez $displaystyle$ Ziemi i prędkość światła $c}$ ${\$ a .

{\ Displaystyle f_ {n} = {\ Frac {c} {2 \ pi a}}} {\ sqrt {n (n + 1)}}}

Prawdziwy falowód Ziemia-jonosfera nie jest idealną elektromagnetyczną wnęką rezonansową. Straty spowodowane przewodnictwem elektrycznym skończonej jonosfery zmniejszają prędkość propagacji sygnałów elektromagnetycznych we wnęce, co skutkuje częstotliwością rezonansową niższą niż można by oczekiwać w idealnym przypadku, a obserwowane piki są szerokie. Ponadto istnieje szereg asymetrii poziomych - różnica wysokości jonosfery między dniem a nocą, zmiany równoleżnikowe pola magnetycznego Ziemi , nagłe zaburzenia jonosfery, absorpcja czapy polarnej, zmiany promienia Ziemi ± 11 km od równika do biegunów geograficznych itp., które wywołują inne efekty w widmach mocy rezonansu Schumanna. ^{[ potrzebne źródło ]}

Pomiary

Dziś rezonanse Schumanna są rejestrowane w wielu oddzielnych stacjach badawczych na całym świecie. Czujniki używane do pomiaru rezonansów Schumanna zazwyczaj składają się z dwóch poziomych cewek indukcyjnych do pomiaru składowych pola magnetycznego północ-południe i wschód-zachód oraz pionowej elektrycznej anteny dipolowej do pomiaru składowej pionowej pola elektrycznego . Typowe pasmo przenoszenia instrumentów wynosi 3–100 Hz. Amplituda pola elektrycznego rezonansu Schumanna (~300 mikrowoltów na metr) jest znacznie mniejsza niż statyczne pole elektryczne przy dobrej pogodzie (~150 V/m) w atmosfera .

Podobnie amplituda rezonansowego pola magnetycznego Schumanna (~ 1 pikotesla) jest o wiele rzędów wielkości mniejsza niż pole magnetyczne Ziemi (~ 30–50 mikrotesli). Do wykrywania i rejestrowania rezonansów Schumanna potrzebne są wyspecjalizowane odbiorniki i anteny. wzmacniacza o wysokiej impedancji . Cewki indukcji magnetycznej zazwyczaj składają się z dziesiątek do setek tysięcy zwojów drutu nawiniętych wokół rdzenia o bardzo wysokiej przenikalności magnetycznej .

Uzależnienie od globalnej aktywności wyładowań atmosferycznych

Od samego początku badań nad rezonansem Schumanna było wiadomo, że można je wykorzystać do monitorowania globalnej aktywności wyładowań atmosferycznych. W dowolnym momencie na całym świecie występuje około 2000 burz . Wytwarzając około pięćdziesięciu wyładowań atmosferycznych na sekundę , burze te są bezpośrednio powiązane z sygnałem rezonansu Schumanna w tle.

Określenie przestrzennego rozkładu wyładowań atmosferycznych na podstawie zapisów rezonansu Schumanna jest złożonym problemem: w celu oszacowania natężenia wyładowań atmosferycznych na podstawie zapisów rezonansu Schumanna konieczne jest uwzględnienie zarówno odległości od źródeł wyładowań atmosferycznych, jak i propagacji fali między źródłem a obserwatorem. Powszechnym podejściem jest przyjęcie wstępnego założenia dotyczącego przestrzennego rozkładu wyładowań atmosferycznych w oparciu o znane właściwości klimatologii wyładowań atmosferycznych . Alternatywnym podejściem jest umieszczenie odbiornika na północnym lub południowym , które pozostają mniej więcej w równej odległości z głównych ośrodków burzowych w ciągu dnia.

Jedna z metod niewymagająca wstępnych założeń dotyczących rozkładu wyładowań atmosferycznych polega na dekompozycji średniego widma rezonansu Schumanna tła, wykorzystując stosunki między średnimi widmami elektrycznymi i magnetycznymi oraz ich kombinacją liniową. Ta technika zakłada, że wnęka jest sferycznie symetryczna i dlatego nie obejmuje znanych asymetrii wnęki, które, jak się uważa, wpływają na właściwości rezonansowe i propagacyjne fal elektromagnetycznych w systemie.

Zmiany dzienne

Najlepiej udokumentowanymi i najczęściej dyskutowanymi cechami zjawiska rezonansu Schumanna są dobowe zmiany tła widma mocy rezonansu Schumanna.

Charakterystyczny dobowy zapis rezonansu Schumanna odzwierciedla właściwości zarówno globalnej aktywności wyładowań atmosferycznych, jak i stanu jamy Ziemia-jonosfera między regionem źródłowym a obserwatorem. Pionowe pole elektryczne jest niezależne od kierunku źródła względem obserwatora i dlatego jest miarą globalnego wyładowania atmosferycznego.

Dobowe zachowanie pionowego pola elektrycznego wykazuje trzy odrębne maksima, związane z trzema „gorącymi punktami” planetarnej aktywności wyładowań atmosferycznych: jedno o godzinie 9 UT (czasu uniwersalnego ) związane z dziennym szczytem aktywności burzowej z Azji Południowo-Wschodniej ; jeden o godzinie 14 UT związany ze szczytem afrykańskiej aktywności wyładowań atmosferycznych; i jeden o 20 UT związany ze szczytem w Ameryce Południowej . Czas i amplituda szczytów zmieniają się w ciągu roku, co jest związane z sezonowymi zmianami aktywności wyładowań atmosferycznych.

Ranking „Komin”.

Ogólnie rzecz biorąc, afrykański szczyt jest najsilniejszy, co odzwierciedla główny wkład afrykańskiego „komina” w globalną aktywność wyładowań atmosferycznych. Ranking dwóch pozostałych szczytów – azjatyckiego i amerykańskiego – jest przedmiotem ożywionego sporu wśród naukowców zajmujących się rezonansem Schumanna. Obserwacje metodą rezonansu Schumanna przeprowadzone w Europie wykazują większy wkład z Azji niż z Ameryki Południowej, podczas gdy obserwacje wykonane z Ameryki Północnej wskazują, że dominujący wkład pochodzi z Ameryki Południowej.

Williams i Sátori sugerują, że aby uzyskać „poprawny” ranking kominów Azji i Ameryki, konieczne jest usunięcie wpływu zmian przewodnictwa jonosferycznego dnia i nocy (wpływ asymetrii dnia i nocy) z zapisów rezonansu Schumanna. „Poprawione” zapisy przedstawione w pracy Sátori i in. pokazują, że nawet po usunięciu wpływu asymetrii dnia i nocy z zapisów rezonansu Schumanna, wkład azjatycki pozostaje większy niż amerykański.

Podobne wyniki uzyskali Pechony i in. który obliczył pola rezonansowe Schumanna na podstawie satelitarnych danych dotyczących wyładowań atmosferycznych. Założono, że rozkład wyładowań atmosferycznych na mapach satelitarnych był dobrym przybliżeniem źródeł wzbudzeń Schumanna, mimo że obserwacje satelitarne mierzą głównie wyładowania w chmurach, a nie wyładowania między chmurami a ziemią, które są głównymi wzbudnikami rezonansów. Obie symulacje – te z pominięciem asymetrii dnia i nocy oraz te, które uwzględniają tę asymetrię – pokazały ten sam ranking kominów między Azją a Ameryką. Z drugiej strony, niektóre satelitarne dane optyczne i klimatyczne dotyczące wyładowań atmosferycznych sugerują, że centrum burzowe w Ameryce Południowej jest silniejsze niż centrum azjatyckie.

Przyczyna rozbieżności między rankingami kominów azjatyckich i amerykańskich w zapisach rezonansu Schumanna pozostaje niejasna i jest przedmiotem dalszych badań.

Wpływ asymetrii dnia i nocy

We wczesnej literaturze obserwowane dobowe zmiany mocy rezonansowej Schumanna były wyjaśniane zmianami w geometrii źródło-odbiornik (błyskawica-obserwator). Stwierdzono, że do wyjaśnienia tych zmian nie są potrzebne żadne szczególne systematyczne zmiany jonosfery (która służy jako górna granica falowodu ). Późniejsze badania teoretyczne potwierdziły wczesne oszacowania niewielkiego wpływu asymetrii dnia i nocy jonosfery (różnica między przewodnictwem jonosfery po stronie dziennej i nocnej) na obserwowane zmiany intensywności pola rezonansowego Schumanna.

Zainteresowanie wpływem asymetrii dnia i nocy przewodnictwa jonosfery na rezonanse Schumanna nabrało nowego znaczenia w latach 90. XX wieku, po opublikowaniu pracy Sentmana i Frasera. Sentman i Fraser opracowali technikę oddzielania globalnego i lokalnego wkładu w obserwowane zmiany mocy pola, korzystając z zapisów uzyskanych jednocześnie na dwóch stacjach, które były bardzo oddalone pod względem długości geograficznej. Zinterpretowali wahania dobowe zaobserwowane na każdej stacji w kategoriach kombinacji globalnego pobudzenia zmieniającego się w ciągu dnia, modulowanego przez lokalną wysokość jonosfery.

Ich praca, która łączyła zarówno obserwacje, jak i argumenty dotyczące zachowania energii, przekonała wielu naukowców o znaczeniu jonosferycznej asymetrii dzień-noc i zainspirowała liczne badania eksperymentalne. Jednak ostatnio wykazano, że wyniki uzyskane przez Sentmana i Frasera można w przybliżeniu symulować za pomocą jednolitego modelu (bez uwzględnienia zmienności dnia i nocy jonosfery), a zatem nie można ich jednoznacznie interpretować wyłącznie w kategoriach zmienności wysokości jonosfery.

amplitudy rezonansu Schumanna wykazują znaczne wahania dobowe i sezonowe, które generalnie pokrywają się w czasie z okresami przejścia dnia w noc (terminator ) . To dopasowanie czasowe wydaje się potwierdzać sugestię znaczącego wpływu asymetrii jonosfery dnia i nocy na amplitudy rezonansu Schumanna. Istnieją zapisy pokazujące niemal zegarową dokładność dobowych zmian amplitudy.

Z drugiej strony, istnieje wiele dni, kiedy amplitudy rezonansu Schumanna nie rosną o wschodzie lub nie zmniejszają się o zachodzie słońca . Istnieją badania wykazujące, że ogólne zachowanie się amplitudy rezonansu Schumanna zapisy można odtworzyć z dziennej i sezonowej migracji burz, bez odwoływania się do zmian jonosferycznych. Dwa ostatnie niezależne badania teoretyczne wykazały, że zmiany mocy rezonansowej Schumanna związane z przejściem dnia w noc są znacznie mniejsze niż te związane ze szczytami globalnej aktywności wyładowań atmosferycznych, a zatem globalna aktywność wyładowań atmosferycznych odgrywa ważniejszą rolę w zmienności mocy rezonansowej Schumanna.

Powszechnie uznaje się, że efekty źródło-obserwator są dominującym źródłem obserwowanych zmian dobowych, ale nadal istnieją poważne kontrowersje co do stopnia, w jakim sygnatury dnia i nocy są obecne w danych. Część tej kontrowersji wynika z faktu, że parametry rezonansu Schumanna, które można wyodrębnić z obserwacji, dostarczają jedynie ograniczonej ilości informacji o geometrii sprzężonego źródła wyładowań atmosferycznych i układu jonosferycznego. Problem odwrócenia obserwacji w celu jednoczesnego wywnioskowania zarówno funkcji źródła wyładowania atmosferycznego, jak i struktury jonosfery jest zatem niezwykle niedookreślony, co prowadzi do możliwości niejednoznacznych interpretacji.

„Odwrotny problem”

Jednym z interesujących problemów w badaniach rezonansów Schumanna jest wyznaczanie charakterystyk źródła wyładowań atmosferycznych (tzw. problem odwrotny). Tymczasowe rozwiązanie każdego pojedynczego błysku jest niemożliwe, ponieważ średnia szybkość wzbudzenia przez wyładowanie atmosferyczne, około 50 wyładowań atmosferycznych na sekundę na całym świecie, miesza ze sobą poszczególne wkłady. Jednak od czasu do czasu zdarzają się bardzo duże wyładowania atmosferyczne, które wytwarzają charakterystyczne sygnatury, które wyróżniają się na tle sygnałów tła. Nazywane „wybuchami Q”, powstają w wyniku intensywnych uderzeń pioruna, które przenoszą duże ilości ładunku z chmur na ziemię i często przenoszą prąd o dużej wartości szczytowej.

Wybuchy Q mogą przekraczać amplitudę poziomu sygnału tła o współczynnik 10 lub więcej i pojawiać się w odstępach ~10 s, co pozwala uznać je za pojedyncze zdarzenia i określić lokalizację źródła wyładowania atmosferycznego. Lokalizacja źródła jest określana techniką wielostanowiskową lub jednostanowiskową i wymaga przyjęcia modelu jamy Ziemia-jonosfera. Techniki wielostanowiskowe są dokładniejsze, ale wymagają bardziej skomplikowanych i kosztownych urządzeń.

Badanie przejściowych zdarzeń świetlnych

Obecnie uważa się, że wiele stanów przejściowych rezonansu Schumanna (wybuchy Q) jest związanych z przejściowymi zdarzeniami świetlnymi (TLE) . W 1995 Boccippio i in. wykazało, że duszki , najpowszechniejsze TLE, są wytwarzane przez dodatnie wyładowania z chmury do ziemi występujące w obszarze warstwowym systemu burzowego i towarzyszą im impulsy Q w paśmie rezonansów Schumanna. Ostatnie obserwacje pokazują, że występowanie sprite'ów i wybuchów Q jest silnie skorelowane, a dane z rezonansów Schumanna można prawdopodobnie wykorzystać do oszacowania globalnego wskaźnika występowania duszków.

Globalna temperatura

Williams [1992] zasugerował, że globalną temperaturę można monitorować za pomocą rezonansów Schumanna. Powiązaniem między rezonansem Schumanna a temperaturą jest szybkość błysków piorunów, która rośnie nieliniowo wraz z temperaturą. Nieliniowość zależności błyskawicy od temperatury zapewnia naturalny wzmacniacz zmian temperatury i czyni z rezonansu Schumanna czuły „termometr”. Co więcej, cząsteczki lodu, o których sądzi się, że biorą udział w procesach elektryfikacji, które powodują wyładowania atmosferyczne, odgrywają ważną rolę w radiacyjnych efektach sprzężenia zwrotnego, które wpływają na temperaturę atmosfery. Rezonanse Schumanna mogą zatem pomóc nam zrozumieć te sprzężenia zwrotnego . W 2006 roku opublikowano artykuł łączący rezonans Schumanna z globalną temperaturą powierzchni, po którym opublikowano badanie z 2009 roku.

Para wodna w górnej troposferze

Troposferyczna para wodna jest kluczowym elementem klimatu Ziemi, który ma bezpośredni wpływ jako gaz cieplarniany , a także pośredni wpływ poprzez interakcję z chmurami , aerozolami i chemią troposfery. Para wodna w górnej troposferze (UTWV) ma znacznie większy wpływ na efekt cieplarniany niż para wodna w niższych warstwach atmosfery , ale nadal nie jest pewne, czy ten wpływ jest pozytywnym, czy negatywnym sprzężeniem zwrotnym .

Głównym wyzwaniem w odpowiedzi na to pytanie jest trudność w globalnym monitorowaniu UTWV w długich ramach czasowych. Kontynentalne burze głęboko-konwekcyjne powodują większość wyładowań atmosferycznych na Ziemi. Ponadto przenoszą duże ilości pary wodnej do górnej troposfery , dominując w zmianach globalnego UTWV. Price [2000] zasugerował, że zmiany w UTWV można wyprowadzić z zapisów rezonansów Schumanna.

Na innych planetach i księżycach

Istnienie rezonansów podobnych do Schumanna uwarunkowane jest przede wszystkim dwoma czynnikami:

Zamknięta, elipsoidalna wnęka o rozmiarach planetarnych, składająca się z przewodzących dolnych i górnych granic oddzielonych środkiem izolującym. Dla ziemi przewodzącą dolną granicą jest jej powierzchnia, a górną granicą jest jonosfera. Inne planety mogą mieć podobną geometrię przewodności elektrycznej, więc spekuluje się, że powinny mieć podobne zachowanie rezonansowe.
Źródło wzbudzenia elektrycznego fal elektromagnetycznych w zakresie ELF.

W Układzie Słonecznym oprócz Ziemi istnieje pięciu kandydatów do wykrycia rezonansu Schumanna: Wenus , Mars , Jowisz , Saturn i największy księżyc Saturna, Tytan . Modelowanie rezonansów Schumanna na planetach i księżycach Układu Słonecznego komplikuje brak znajomości parametrów falowodu . Obecnie nie in situ do walidacji wyników.

Wenus

Najsilniejsze dowody na istnienie wyładowań atmosferycznych na Wenus pochodzą z fal elektromagnetycznych wykrytych po raz pierwszy przez lądowniki Venera 11 i 12. Teoretyczne obliczenia rezonansów Schumanna na Wenus podali Nickolaenko i Rabinowicz [1982] oraz Pechony i Price [2004]. Oba badania dały bardzo zbliżone wyniki, wskazujące, że rezonanse Schumanna powinny być łatwo wykrywalne na tej planecie, biorąc pod uwagę błyskawiczne źródło wzbudzenia i odpowiednio zlokalizowany czujnik.

Mars

W przypadku Marsa były naziemne obserwacje widm emisji radiowych, które były związane z rezonansami Schumanna. Zgłaszane emisje radiowe nie dotyczą pierwotnych elektromagnetycznych trybów Schumanna, ale raczej wtórnych modulacji nietermicznych emisji mikrofalowych z planety przy mniej więcej oczekiwanych częstotliwościach Schumanna i nie potwierdzono niezależnie, że są one związane z aktywnością wyładowań atmosferycznych na Marsie. Istnieje możliwość, że przyszłe misje lądowników będą mogły zawierać oprzyrządowanie in situ do wykonywania niezbędnych pomiarów. Badania teoretyczne ukierunkowane są przede wszystkim na parametryzację problemu dla przyszłych odkrywców planet.

Wykrycie aktywności wyładowań atmosferycznych na Marsie zostało zgłoszone przez Rufa i in. [2009]. Dowody są pośrednie i mają postać modulacji nietermicznego widma mikrofalowego przy mniej więcej oczekiwanych częstotliwościach rezonansu Schumanna. Nie zostało niezależnie potwierdzone, że są one związane z wyładowaniami elektrycznymi na Marsie. W przypadku potwierdzenia przez bezpośrednie obserwacje in situ, zweryfikowałoby to sugestię o możliwości separacji ładunków i uderzeń piorunów w marsjańskich burzach pyłowych, dokonaną przez Edena i Vonneguta [1973] oraz Renno i in. [2003].

Globalne rezonanse Marsa modelowali Sukhorukov [1991], Pechony i Price [2004] oraz Molina-Cuberos i in. [2006]. Wyniki trzech badań są nieco inne, ale wydaje się, że przynajmniej dwa pierwsze tryby rezonansu Schumanna powinny być wykrywalne. Dowody na istnienie pierwszych trzech trybów rezonansu Schumanna są obecne w widmach emisji radiowej piorunów wykrytych podczas burz piaskowych na Marsie.

tytan

Dawno temu sugerowano, że na Tytanie mogą wystąpić wyładowania atmosferyczne , ale ostatnie dane z sondy Cassini-Huygens wydają się wskazywać, że na tym największym satelicie nie ma żadnej aktywności wyładowań atmosferycznych. Saturna. Ze względu na niedawne zainteresowanie Tytanem, związane z misją Cassini-Huygens, jego jonosfera jest dziś prawdopodobnie najdokładniej wymodelowana. Rezonansom Schumanna na Tytanie poświęcono więcej uwagi niż na jakimkolwiek innym ciele niebieskim w pracach Bessera i in. [2002], Morente i in. [2003], Molina-Cuberos i in. [2004], Nickolaenko i in. [2003] oraz Pechony i Price [2004]. Wygląda na to, że na Tytanie można wykryć tylko pierwszy tryb rezonansu Schumanna.

Od czasu lądowania sondy Huygens na powierzchni Tytana w styczniu 2005 roku pojawiło się wiele doniesień o obserwacjach i teoriach dotyczących nietypowego rezonansu Schumanna na Tytanie. Po kilkudziesięciu przelotach sondy Cassini w atmosferze Tytana nie wykryto ani błyskawic, ani burz. Dlatego naukowcy zaproponowali inne źródło wzbudzenia elektrycznego: indukcję prądów jonosferycznych przez obracającą się magnetosferę Saturna. Wszystkie dane i modele teoretyczne są zgodne z rezonansem Schumanna, którego drugi tryb własny został zaobserwowany przez sondę Huygens. Najważniejszym tego wynikiem jest dowód na istnienie zakopanego ciekłego oceanu wodno-amoniakalnego pod kilkadziesiąt kilometrów lodowej skorupy podpowierzchniowej.

Jowisz i Saturn

Aktywność błyskawic została optycznie wykryta na Jowiszu. Występowanie wyładowań atmosferycznych na tej planecie zostało przewidziane przez Bar-Nuna [1975], a obecnie potwierdzają to dane z sond Galileo , Voyagers 1 i 2, Pioneers 10 i 11 oraz Cassini . Potwierdzono również, że Saturn ma aktywność błyskawic. Chociaż trzy odwiedzające statki kosmiczne ( Pioneer 11 w 1979 r., Voyager 1 w 1980 r. I Voyager 2 w 1981 r.) nie dostarczył żadnych przekonujących dowodów z obserwacji optycznych, w lipcu 2012 r. sonda Cassini wykryła widoczne błyskawice, a czujniki elektromagnetyczne na pokładzie sondy wykryły sygnatury charakterystyczne dla wyładowań atmosferycznych.

Niewiele wiadomo o parametrach elektrycznych wnętrza Jowisza czy Saturna. Nawet pytanie, co powinno służyć jako dolna falowodu , jest nietrywialne w przypadku planet gazowych. Wydaje się, że nie ma prac poświęconych rezonansom Schumanna na Saturnie. Do tej pory była tylko jedna próba modelowania rezonansów Schumanna na Jowiszu.

Tutaj profil przewodności elektrycznej w gazowej atmosferze Jowisza został obliczony przy użyciu metod podobnych do tych stosowanych do modelowania wnętrz gwiazd i wskazano, że te same metody można łatwo rozszerzyć na inne gazowe olbrzymy Saturn, Uran i Neptuna. Biorąc pod uwagę intensywną aktywność wyładowań atmosferycznych na Jowiszu, rezonanse Schumanna powinny być łatwo wykrywalne za pomocą czujnika odpowiednio umieszczonego we wnęce planetarno-jonosferycznej.