Stojące fale elektromagnetyczne wokół planety

Rezonanse Schumanna to fizycznie stojące fale elektromagnetyczne (standing waves), które zamykają się wokół całej planety. Powstają one przez nakładanie się fal propagujących się we wnęce Ziemia–jonosfera w obu kierunkach wokół obwodu Ziemi.

Fala stojąca powstaje, gdy fala biegnąca po okrążeniu planety wraca do punktu wyjścia w fazie z samą sobą i interferuje konstruktywnie. Wtedy we wnęce ustala się stały wzór miejsc o maksymalnej i minimalnej amplitudzie, który nie „stoi” przypadkiem, lecz jest określony geometrią rezonatora. Częstotliwości, dla których ten warunek jest spełniony, to właśnie poszczególne mody Schumanna.

W odróżnieniu od wyidealizowanej, bezstratnej struny lub wnęki, rezonator ziemski jest silnie tłumiony: jonosfera przy każdym odbiciu pochłania część energii, więc fale bez stałego wzbudzania szybko by zanikły. Dlatego konieczne jest nieprzerwane „źródło” — globalna aktywność piorunowa, która dostarcza energię do wnęki i podtrzymuje fale stojące. Wynikiem jest planetarnie rozległe, słabe, ale mierzalne pole elektromagnetyczne oscylujące na charakterystycznych częstotliwościach SR Sentman 1995Price 2016. Obraz ten odpowiada pierwotnemu teoretycznemu rozważaniu Schumanna o drganiach własnych przewodzącej kuli Schumann 1952.