Частота́ — физическая величина, характеристика периодического процесса, равная отношению количества повторяющихся событий (процессов) к промежутку времени, за который они произошли.

Для измерения частоты используется международная единица герц (Гц). 1 герц равен 1 колебанию в секунду.

Гармоники – это синусоидальные волны суммирующиеся с фундаментальной (основной) частотой 50 Гц (т. е 1-я гармоника=50 Гц, 5-я гармоника = 250 Гц).

Резона́нсом Шу́мана называется явление образования стоячих электромагнитных волн сверхнизких частот между поверхностью Земли и ионосферой. Явление теоретически обосновано и экспериментально обнаружено В. О. Шуманом в 1952—1954 годах. Стоячие волны возникают в волноводе, образованном поверхностью Земли и её ионосферой.

Простейшая модель сферического объёмного резонатора

Рассмотрим объёмный резонатор, состоящий из двух концентрических проводящих сфер[1]. Внутренняя сфера представляет собой поверхность Земли, а внешняя — ионизированный газ ионосферы, находящийся на высоте около 80 км над землёй.

Предположим, что электромагнитная волна, n раз отражаясь попеременно от поверхности Земли и ионосферы, огибает земной шар. Если на окружности Земли укладывается целое число отражений, то возникает резонанс, и такая волна может существовать продолжительное время. Считая, что волна распространяется со скоростью света с = 300 000 км/с, а окружность Земли составляет L = 40 000 км, получим частоту колебаний, равную

{\displaystyle f_{n}={\frac {cn}{L}}\approx 7{,}5n{\text{ Гц}}.}{\displaystyle f_{n}={\frac {cn}{L}}\approx 7{,}5n{\text{ Гц}}.}
Для первых пяти гармоник эта формула даёт ряд частот 7,5 — 15,0 — 22,5 — 30,0 — 37,5 … Гц. Сравнивая теоретические частоты с частотами, полученными экспериментально (7,83 — 14,1 — 20,3 — 26,4 — 32,4 … Гц), заметим, что при хорошем совпадении частоты первой гармоники ошибка с ростом n увеличивается.

В своей оригинальной работе[2] Винфрид Отто Шуман проанализировал колебания, возникающие в сферическом объёмном резонаторе. При этом он учитывал, что поверхность земли имеет постоянную проводимость около σ = 10−3 См/м, а проводимость ионосферы на высотах 70—90 км меняется в пределах σ = 10−5—10−3 См/м. Из-за этого средняя скорость распространения электромагнитной волны V(σ) примерно на 20 % меньше, чем при отражении от сферы с бесконечной проводимостью. Для частоты n-й гармоники Шуман получил

{\displaystyle f_{n}={\frac {V(\sigma )}{L}}{\sqrt {n(n+1)}}\approx 6{,}0{\sqrt {n(n+1)}}{\text{ Гц}},}{\displaystyle f_{n}={\frac {V(\sigma )}{L}}{\sqrt {n(n+1)}}\approx 6{,}0{\sqrt {n(n+1)}}{\text{ Гц}},}
что для первых пяти гармоник даёт 8,5 — 14,7 — 20,8 — 26,8 — 32,9 Гц.

Существует несколько гипотез возникновения электромагнитных волн в полости «поверхность Земли — ионосфера».

«Грозовая» гипотеза
Разряды молнии, как полагают, являются первичным естественным источником возбуждения резонанса Шумана. Молнии ведут себя как огромные передатчики, которые излучают электромагнитную энергию на частотах ниже 100 кГц[3]. Они-то и являются причиной возбуждения электромагнитных колебаний в широком диапазоне частот. Данным явлением и объясняется, по мнению большинства специалистов, наличие устойчивых сверхнизкочастотных колебаний, которые практически не затухают и имеют фиксированные частоты.

В каждый момент времени над Землёй проносится около 2000 гроз, производящих около 50 вспышек молнии каждую секунду. Каждая вспышка молнии создает электромагнитные волны, которые начинают вращаться вокруг Земли, захваченные между поверхностью Земли и границей ионосферы на высоте около 60 миль. Некоторые из волн — если они имеют правильную длину волны — объединяются, увеличиваясь в силе, создавая повторяющееся атмосферное сердцебиение, известное как резонанс Шумана. Этот резонанс обеспечивает полезный инструмент для анализа погоды Земли, ее электрического окружения и даже помогает определить, какие типы атомов и молекул существуют в атмосфере Земли.[4]

Волны, создаваемые молнией, не похожи на волны океана, но они все же колеблются в областях с большей и меньшей энергией. Эти волны остаются в ловушке внутри атмосферного потолка, созданного нижним краем «ионосферы» — части атмосферы, заполненной заряженными частицами, которая начинается на высоте около 60 миль в небе. В этом случае наилучшая точка для резонанса требует, чтобы длина волны была такой же (или в два, и в три раза длиннее, и т. д.), как длина окружности Земли. Это чрезвычайно низкочастотная волна, которая может достигать 8 герц (Гц) — примерно в сто тысяч раз ниже, чем самые низкочастотные радиоволны, используемые для отправки сигналов на ваше AM/FM-радио. Когда эта волна обтекает Землю, она снова попадает в идеальное место, так что гребни и впадины совмещены.

Собственная частота некоторых органов человека: 20-30 Гц (резонанс головы); 40-100 Гц (резонанс глаз); 0.5-13 Гц (резонанс вестибулярного аппарата); 4-6 Гц (резонанс сердца); 2-3 Гц (резонанс желудка); 2-4 Гц (резонанс кишечника); 6-8 Гц (резонанс почек); 2-5 Гц (резонанс рук)

Основные станции наблюдения за резонансными волнами Шумана[16]:

станция Томского государственного университета (Россия, Томск)[17];
станция Модраской обсерватории, (Словакия, Модра);
станция Лехта (Россия);
станция West Greenwich (США);
станция Hollister и Parkfield (США);
станция Moshiri (Япония);
станция Мартовая (Украина);
станция Университета Иоаннина (Греция);
станция Nagucenk (Венгрия);
станция Mitzpe Ramon (Израиль);
полярные станции.