Der Erd-Ionosphären-Hohlraum
Der Bereich zwischen der leitenden Erdoberfläche und der unteren Ionosphäre (etwa 50–300 km Höhe) bildet einen elektromagnetischen Hohlraum. Blitze weltweit erzeugen breitbandige Impulse; nur Frequenzen, die in diesem Hohlraum stehende Wellen ausbilden, werden verstärkt. Die tiefste dieser Frequenzen ist die, bei der eine Wellenlänge einmal um die Erde passt.
Erdumfang und Wellenlänge
Der Erdumfang beträgt etwa 40.000 km. Für eine stehende Welle muss der Umfang gleich einer (oder zwei, drei, …) vollen Wellenlänge(n) sein. Die Grundmode hat also die Wellenlänge λ ≈ 40.000 km. Die Frequenz ist f = c / λ, wobei c die effektive Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen im Hohlraum ist. Diese ist wegen der Geometrie und Leitfähigkeit des Hohlraums etwas geringer als die Vakuumlichtgeschwindigkeit. Mit typischen Werten für die Ionosphäre ergibt sich die Grundfrequenz zu etwa 7,83 Hz.
Stehende Wellen und höhere Moden
Stehende Wellen erfordern, dass die Welle „in den Hohlraum passt“. Es gilt n · λ = Umfang für n = 1, 2, 3, … Der Fall n = 1 liefert 7,83 Hz; n = 2 etwa 14,3 Hz; n = 3 etwa 20,8 Hz usw. Das sind die Oberschwingungen der Schumann-Resonanz.
Warum nicht exakt 7,83?
Die exakte Frequenz hängt von Höhe und Leitfähigkeit der Ionosphäre ab, die sich ändern mit:
- Tageszeit (Tages- vs. Nacht-Ionosphäre)
- Jahreszeit
- Solarer und geomagnetischer Aktivität
Daher schwankt der Wert leicht um 7,83 Hz. „Etwa 7,83 Hz“ ist korrekt; eine einzige Konstante zu behaupten wäre vereinfachend.
Kurz zusammengefasst
Die Schumann-Resonanz ist 7,83 Hz (Grundfrequenz), weil bei dieser Frequenz eine elektromagnetische Wellenlänge einmal in den Erd-Ionosphären-Hohlraum passt. Es ist eine Folge von Geometrie und Wellenphysik, keine willkürliche Zahl.
Quellen und weiterführende Links
- NOAA Space Weather – Ionosphäre und Raumwetter
- Cumiana VLF Station – Schumann-Messungen
- ESA – Die Ionosphäre – Ionosphäre und Hohlraumgrenze