【東海総通】マイメディア東海

平成26年12月24日
東海総合通信局

コラムvol.21 シューマン共振(共鳴)

はじめに

 今回のコラムは、スケールが大きいです。
地球規模のお話です。
生命の誕生に関係しているかもしれません。

 電磁波は、太古の昔から存在していたのです…。

雷放電と電磁波

 雷が鳴ると、AMラジオからガリガリ、バリバリと雑音が出ます。
雷から電磁波が発生しているからです。

 無線の世界では、雷と同様の原理で発生する火花放電ノイズが問題となります。
例えば、暗くなると自動的に点灯する街灯に使われているリレーが故障すると、リレーの接点から火花放電ノイズが発生します。

 その他、送電線の碍子(がいし)が、汚れやひび割れなどで絶縁不良となって、火花放電ノイズが発生することもあります。ノイズの中でも、放電ノイズは大変やっかいで、低い周波数から高い周波数まで、広い周波数帯域でノイズを発生します。

図1:火花放電ノイズの波形例

 左の図は、FFT(Fast Fourier Transform)処理のできるスペクトラムアナライザーという測定器で火花放電ノイズを測定したものです。

 青い点々の位置にパルス状の電磁波が出現しています。縦軸が電磁波の強さ、横軸が周波数なので、強度も、周波数も広帯域に出現しています。(赤色の上の部分が、測定されたノイズです。)

 雷による放電も、同様に低い周波数(数ヘルツ)から、高い周波数(数百メガヘルツ)まで広い周波数帯域で電磁波を発生します。

共振(共鳴)

 共振(共鳴)とは、振り子のおもりに左右に振動する力を加えた場合、加える力の振動数が振り子の固有振動数に一致すれば、振り子は勢いよく振れる現象ですが、今回は、イメージで説明してみます。

 お風呂でやってみてください。
お風呂の水面に手をつけて、上下に動かしてください。波が立って周囲に広がって進んでいきますね。
1秒間に手を上下に動かす回数(振動数)が、周波数に相当します。
波の高さが電磁波の強さに相当します。

 上下に動かすスピードを速い動きから、だんだん遅くしてみてください。
あるスピードになったときに、波の進行が止まったようになり、波は大きくなります。
この状態が共振したイメージとなります。

 お風呂の固有振動数は、このとき、1秒間に手を上下に動かす回数となります。

シューマン共振(共鳴)

 地球大地と電離層の間の球殻状の空洞を、雷放電で発生した極超長波が伝播する現象で、理論的に予測したシューマン教授(ドイツ 1888〜1974)の名前にちなんでシューマン共振(共鳴)と呼ばれています。

図2:地球と電離層(イメージ)

 自然界で、電磁波の主な発生源といえば雷です。
雷雲内に発生した多量の電荷が雷によって大地に放電されます。その電流は、数千アンペアから数万アンペアに達します。
雷によって発生した、数ヘルツから数百メガヘルツの電磁波のうち、電離層に反射する低い周波数は、大地と電離層の間を何回も反射しながら進行し、特定の周波数で共振します。

 雷は、世界中で絶えず発生しています。(1日に約5万個の雷雨が発生し、1秒間に100回ぐらいの雷が落ちているといわれています。)
従って、太古の昔から低い周波数の電磁波は地球上を駆けめぐっていたのです。
なにか、ワクワクしませんか。

図3:定在波の周波数と波長の関係

 地球(電離層と地面間の球殻状の空洞)の共振周波数は、電磁波の伝搬速度、30万キロメートルを地球周囲の長さ4万キロメートルで割った7.5ヘルツ付近になります。
実際に測定したデータでは、様々な条件から7.8ヘルツを中心としたある一定範囲の周波数で共振が測定されました。

 7.8ヘルツは基本周波数で、13.5、19.1、24.7、30.2、35.7、41.3ヘルツの高調波が、定在波として発生します。
比較的高い周波数の定在波は減衰するということがわかっています。

脳波とシューマン共振波

 ヒトの脳波(electroencephalogram)は、周波数8ヘルツから13ヘルツのアルファ波、14ヘルツから25ヘルツのベータ波、などが知られています。
ヒトだけではなく、イヌ、ネコ、ウサギなどもヒトに近い数ヘルツから数十ヘルツの脳波を持っているそうです。

 私は専門家ではありませんが、脳波とシューマン共振波に類似性があるとしたら、血液と海水の成分が似ているように、生命の誕生に何らかの関係があるのではないかと、ワクワクします。

 みなさんは、どのように考えますか。

おわりに

 今回のコラムは、約8ヘルツの電磁波のお話でした。

 ちなみに、送電線や家電製品などから発生する周波数の低い(50ヘルツや60ヘルツ)電磁波は波としての性質がほとんどないことから、一般的には電磁界(電界、磁界)と呼ばれています。

 物理学の分野では、電場磁場と呼ばれていますが、電界、磁界と同じ意味です。

 今回のコラムは、私たちが仕事で扱っている電波から脱線した内容になってしまいました。
たまには、こんなコラムもいいんじゃないでしょうか。


連絡先
東海総合通信局 企画広報室
電話:052-715-5110

ページトップへ戻る