Résonances de Schumann
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Les résonances de Schumann sont un ensemble de pics spectraux dans le domaine d'extrêmement basse fréquence (3 à 30 Hz) du champ magnétique terrestre. Ces résonances globales dans la cavité formée par la surface de la Terre et l'ionosphère, qui fonctionne comme un guide d'ondes, sont excitées par les éclairs. Le mode principal a une longueur d'onde égale à la circonférence de la planète et donc une fréquence de 7,8 Hz. Sont présentes, en plus de la fondamentale à 7,8 Hz, des harmoniques à 14,3 Hz, 20,8 Hz, 27,3 Hz et 33,8 Hz. Ces valeurs présentent une légère excursion de fréquence, précisées dans la page originale.
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Elles sont nommées d'après le physicien allemand Winfried Otto Schumann qui les prédit dans les années 1950. Elles furent observées dans les années 1960.
Prédiction et observation
modifierLa prédiction des résonances de Schumann est attribuée au physicien allemand Winfried Otto Schumann qui en avait anticipé l'existence dans les années 1950[1],[2], mais il fallut attendre une décennie pour qu'elles soient mesurées[1],[3],[4]. George Francis Fitzgerald (en 1893) et Nikola Tesla (en 1900) avaient déjà émis l'idée que la cavité surface-ionosphère puisse servir de guide d'ondes dont ils avaient calculé l'ordre de grandeur du mode principal et émis l'idée que les orages puissent exciter la résonance[1].
En 2024 il est montré que la profondeur de l'océan de Titan, qui ne peut pas être déduite des observations de la sonde Huygens, devrait pouvoir être mesurée par l'expérience EFIELD à bord de la sonde Dragonfly, grâce à sa détection de plusieurs harmoniques des résonances de Schuman[5].
Théorie
modifierDans l'hypothèse d'une ionosphère et d'une surface terrestre de conductivité électrique infinie, les résonances vérifient la formule :
où :
- c est la vitesse de la lumière ;
- RT est le rayon de la Terre ;
- n l'ordre de l'harmonique[6].
En raison de la conductivité finie de la Terre et de l'ionosphère, les pics se situent à une fréquence plus basse que celle qui est prédite par la théorie[1] et sont plus écartés sur le spectre électromagnétique. De plus, des asymétries sont liées à l'alternance jour-nuit, à la variation longitudinale du champ magnétique terrestre, à des perturbations ionosphériques et à l'absorption par les calottes polaires.[réf. nécessaire]
Notes et références
modifier- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Schumann resonances » (voir la liste des auteurs).
- (en) J. D Jackson, « Examples of the Zeroth Theorem of the History of Science, soumis à l'American Journal of Physics en 2007 [lire en ligne]
- (de) W. O. Schumann, « Über die Dämpfung der elektromagnetischen Eigenschwingnugen des Systems Erde – Luft – Ionosphäre » dans Zeitschrift und Naturforschung, vol. 7a (1952), p. 250-252
- (en) M. Balser et C. Wagner, « Observations of earth-ionosphere cavity resonances », dans Nature, vol. 638 (1960), p. 641
- (en) M. Balser et C. Wagner, « On frequency variations of the earth-ionosphere cavity modes », in J.G.R, vol. 67 (1962), p. 4081-4083
- (en) Paul Lagouanelle et Alice Le Gall, « Schumann Resonances as a tool to constrain the depth of Titan’s buried water ocean: Re-assessment of Huygens observations and preparation of the EFIELD/Dragonfly experiment », Icarus, vol. 428, , article no 116372 (DOI 10.1016/j.icarus.2024.116372
).
- (en) Kristian Schlegel et Martin Füllekrug, 50 years of Schumann Resonance, traduction d'un article paru dans Physik in unserer Zeit, vol. 33 n° 6 (2002), p. 256-26 [lire en ligne]
