Die Schumann-Resonanz bezeichnet eine Reihe globaler elektromagnetischer Resonanzen im Hohlraum zwischen Erdoberfläche und unterer Ionosphäre, angeregt durch Blitze rund um den Planeten. In der Fachliteratur werden die Moden mit rund 8, 14, 20 und 26 Hz angegeben (Bozóki et al. 2021, DOI 10.3389/feart.2021.689127); die im deutschsprachigen Raum üblichen Werte 7,83 / 14,3 / 20,8 / 27,3 / 33,8 Hz sind Mittelwerte derselben Moden und keine glatten Vielfachen. Winfried Otto Schumann sagte das Phänomen 1952 theoretisch voraus (DOI 10.1515/zna-1952-0202), die ersten veröffentlichten Messungen legten Balser und Wagner 1960 vor (DOI 10.1038/188638a0).
Ausführlich mit Quellen und Messreihen: was die Schumann-Frequenz ist.
Alle Erklärungen unten stützen sich auf Behördenquellen (NOAA Space Weather Prediction Center, NASA, GFZ Potsdam) und auf begutachtete Fachliteratur. Die vollständige Liste steht am Ende.
Ionosphäre
Der ionisierte Teil der oberen Erdatmosphäre. Er bildet die obere Wand des Schumann-Hohlraums. Die Höhenangaben unterscheiden sich je nach Definition: das NOAA Space Weather Prediction Center nennt den Bereich „between 80 and about 600 km“, in dem extreme UV- und Röntgenstrahlung der Sonne Atome und Moleküle ionisiert; im weiteren Sinne wird die Schicht oft mit rund 60 bis 1000 km angegeben (siehe Ionosphäre). Innerhalb der Ionosphäre bilden sich die D-, E- und F-Schichten aus.
Geomagnetischer Sturm
Eine vorübergehende Störung des Erdmagnetfelds durch Wechselwirkung von Sonnenwind und Magnetosphäre. NOAA stuft solche Stürme auf einer Skala von G1 bis G5 ein, die an den Kp-Index gekoppelt ist: G1 entspricht Kp 5, G5 entspricht Kp 9. Betroffen sein können Satelliten, Funkverbindungen und Stromnetze.
Sonnenwind
Nach NASA „the constant flow of charged particles streaming off the sun“, also ein ständiger Strom geladener Teilchen von der Sonne. Er formt die Magnetosphäre und ist der Träger vieler Weltraumwetter-Ereignisse.
Koronaler Massenauswurf (CME)
Eine große Wolke aus Plasma und Magnetfeldern, die von der Sonne abgestoßen wird. NOAA beschreibt die Sonneneruption als „the sudden release of electromagnetic energy“, die den explosiven Auswurf des Plasmas begleitet. Die schnellsten erdgerichteten CMEs erreichen die Erde in 15 bis 18 Stunden, langsamere brauchen mehrere Tage (NOAA SWPC). CMEs sind oft die Ursache für geomagnetische Stürme.
Sonnenflecken
NOAA beschreibt sie als „dark areas that become apparent at the Sun’s photosphere as a result of intense magnetic flux pushing up from further within the solar interior“, also dunkle Bereiche der Sonnenoberfläche, die durch aufsteigenden Magnetfluss entstehen.
Aurora Borealis und Aurora Australis
Nord- und Südlicht entstehen, wenn beschleunigte Elektronen dem Erdmagnetfeld in die Polarregionen folgen und dort mit Sauerstoff- und Stickstoffatomen zusammenstoßen; beim Zurückfallen in den Grundzustand geben diese Atome Licht ab. Der beste Beobachtungsort liegt laut NOAA in einem ovalen Band zwischen etwa 60 und 75 Grad nördlicher beziehungsweise südlicher Breite. Bei starken geomagnetischen Stürmen weitet sich dieses Oval aus und die Aurora wird bis in mittlere Breiten sichtbar.
Magnetosphäre
Nach NASA „the region around a planet dominated by the planet’s magnetic field“. Sie schirmt die Erde gegen einen großen Teil der solaren und kosmischen Teilchenstrahlung ab und schützt die Atmosphäre vor Erosion durch den Sonnenwind.
Protonensturm
NOAA spricht von Solar Radiation Storms: Eine großräumige magnetische Eruption beschleunigt geladene Teilchen in der Sonnenatmosphäre auf sehr hohe Geschwindigkeiten. Die energiereichsten Protonen erreichen die Erde binnen weniger zehn Minuten. Sie können Elektronik in Satelliten und die DNA von Menschen im Weltraum schädigen und in Höhe und Polnähe die Strahlenbelastung im Flugverkehr erhöhen.
Kosmische Strahlung
Galaktische kosmische Strahlung ist nach NOAA „the slowly varying, highly energetic background source of energetic particles that constantly bombard Earth“. Sie stammt von außerhalb des Sonnensystems und entsteht wahrscheinlich bei Ereignissen wie Supernovae. Der Sonnenwind moduliert sie: nahe dem Sonnenmaximum erreicht ein Großteil der niederenergetischen Teilchen die Erde nicht, nahe dem Minimum haben sie leichteren Zugang.
Kp-Index
Ein globaler Index der geomagnetischen Aktivität. NOAA beschreibt ihn als „an integer in the range 0-9 with 1 being calm and 5 or more indicating a geomagnetic storm“. Berechnet wird er am GFZ Potsdam aus den Daten von 13 geomagnetischen Observatorien, jeweils für Drei-Stunden-Intervalle.
Flares (Sonneneruptionen)
NOAA beschreibt sie als „large eruptions of electromagnetic radiation from the Sun lasting from minutes to hours“. Die Strahlung breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, deshalb tritt die Wirkung auf der Tagseite der Erde im selben Moment ein, in dem das Ereignis beobachtet wird. Typische Folge ist ein Radio-Blackout im Kurzwellenbereich zwischen 3 und 30 MHz.
Solar Cycle (Sonnenzyklus)
Die Gesamtzahl der Sonnenflecken schwankt laut NOAA „with an approximately 11-year repetition known as the solar cycle“. Der Höhepunkt heißt Sonnenmaximum, die ruhige Phase Sonnenminimum.
Magnetotail (Magnetoschweif)
Die von der Sonne abgewandte Nachtseite der Magnetosphäre. Nach NASA dehnt sie sich zu einem „immense magnetotail“ aus, dessen Länge schwankt und Hunderte von Erdradien erreichen kann.
Heliosphäre
Nach NASA „a giant bubble around the Sun and its planets“, erzeugt vom Sonnenwind, der bis etwa zur dreifachen Entfernung von Pluto hinausreicht, bevor das interstellare Medium ihn bremst. An ihrem äußeren Rand schirmt sie das Sonnensystem gegen einen Teil der interstellaren kosmischen Strahlung ab.
Quellen
- Bozóki, T., Sátori, G., Williams, E. et al. (2021): Solar Cycle-Modulated Deformation of the Earth–Ionosphere Cavity. Frontiers in Earth Science 9, 689127. DOI 10.3389/feart.2021.689127
- Schumann, W. O. (1952): Über die strahlungslosen Eigenschwingungen einer leitenden Kugel, die von einer Luftschicht und einer Ionosphärenhülle umgeben ist. Zeitschrift für Naturforschung A 7(2), 149–154. DOI 10.1515/zna-1952-0202
- Balser, M. & Wagner, C. A. (1960): Observations of Earth–Ionosphere Cavity Resonances. Nature 188(4751), 638–641. DOI 10.1038/188638a0
- NOAA Space Weather Prediction Center: NOAA Space Weather Scales, Planetary K-index, Coronal Mass Ejections, Solar Flares / Radio Blackouts, Solar Radiation Storm, Galactic Cosmic Rays, Aurora, Sunspots / Solar Cycle, Ionosphere
- GFZ Helmholtz-Zentrum Potsdam: Geomagnetic Kp index
- NASA Heliophysics: Magnetosphere & Ionosphere, What is the heliosphere?
