The design and the performance of stratospheric mission in the search for the Schumann resonances

Arkadiusz Papaj,

Piotr Weszka,

Marcin Bocheński,

Mateusz Michałek,

Paweł Karbowniczek,

Radosław A. Kycia,

Andrzej Kułak,

Agata Kołodziejczyk,

Matt Harasymczuk,

Aleksandra Ławrynowicz,

Joanna Kuźma,

Tomasz Brol

Abstrakt

W artykule opisano szczegóły techniczne misji balonowej, mającej na celu pomiar rezonansów Schumanna. Gondola zostałazaprojektowana do pomiaru słabych efektów ELF (fale elektromagnetyczne o skrajnie niskiej częstotliwości). Prototyp spełnił założenia projektowe. Układ do pomiaru ELF działał poprawnie przez całą misję, jednak poziom wzmocnienia sygnału, który był dobrany zgodnie z pomiarami naziemnymi, okazał się za duży. Ruch gondoli w ziemskim polu magnetycznym indukował w antenie sygnał, który wprowadzał układ pomiarowy w stan nasycenia. Ten efekt zostanie wzięty pod uwagę w planowaniu przyszłych misji. Podczas eksperymentu zebrano duży zestaw danych telemetrycznych, który jest obecnie analizowany. Ładunek zwierał również materiał biologiczny oraz sprzęt elektroniczny, który był testowany w warunkach ekstremalnych.

Słowa kluczowe: rezonanse Schumanna, ELF, misje balonowe
References

[1] MacGorman D.R., Rust W.D., The electrical nature of storms, Oxford University Press, 1998.
[2] Schumann W.O., Knig H., Uber die Beobactung von Atmospherics bei geringsten Frequenzen, Naturwissenschaften, 41 (8), 1954, 183-184, DOI:10.1007/BF00638174.
[3] Molina-Cuberos G.J., Morente J.A., Besser B.P., Porti J., Lichtenegger H., Schwingenschuh K., Salinas A., Margineda J., Schumann resonances as a tool to study the lower ionospheric structure of Mars, Radio Science, 41, 1, 2006, DOI: 10.1029/2004RS003187.
[4] Kozakiewicz J., Kulak A., Kubisz J., Zietara K., Extremely Low Frequency Electromagnetic Investigation on Mars, Earth, Moon, and Planets, 118, 2, 2016, 103-115.
[5] Kirschvink J.L., Comment on ”Constraints on biological effects of weak extremely-lowfrequency electromagnetic fields”, Physical Review A, 46, 4, 1992.
[6] Benda R. et al., Measurements of atmospheric electrical parameters and ELF electromagnetic emissions during a meteorological balloon flight, Geophysical Research Abstracts, Vol. 18, EGU2016-7725, EGU General Assembly, 2016.
[7] Balanis C.A., Modern Antenna Handbook, Wiley-Interscience, 2008.
[8] Kulak A., Knapik J., Kubisz J., Przenośna stacja do obserwacji widm dynamicznych pól elektromagnetycznych w zakresie ULF, Proceedings of the VII National Symposium of Radio Science (URSI), 1996.
[9] Kulak A., Kubisz J., Klucjasz S., Michalec A., Mlynarczyk J., Nieckarz Z., Ostrowski
M., Zieba S., Extremely low frequency electromagnetic field measurements at the Hylaty station and methodology of signal analysis, Radio Science, 49, 6, 2014, 361-370, DOI: 10.1002/2014RS005400.
[10] Kulak A., Kubisz J., Michalec A. et al., Solar variations in extremely low frequency propagation parameters: I. A two-dimensional telegraph equation (TDTE) model of ELF propagation and fundamental parameters of Schumann resonances, Journal of Geophysical
Research, 108(A7), 1270, 2003, DOI:10.1029/2002JA009304.
[11] Kulak A., Mlynarczyk J., Zieba S. et al., Studies of ELF propagation in the spherical shell cavity using a field decomposition method based on asymmetry of Schumann resonance curves, Journal of Geophysical Research-Space Physics, 111, A10, A10304, 2006, DOI:
10.1029/2005JA011429.
[12] Nieckarz Z., Kulak A., Zieba S. et al., Comparison of global storm activity rate calculated
from Schumann resonance background components to electric field intensity E-OZ, Atmospheric Research, 91, 2-4, 2009, 184-187, DOI: 10.1016/j.atmosres.2008.06.006.
[13] Nieckarz Z., Zieba S., Kulak A. et al., Study of the Periodicities of Lightning Activity in
Three Main Thunderstorm Centers Based on Schumann Resonance Measurements, Monthly Weather Review, 137, 12, 2009, 4401-4409, DOI: 10.1175/2009MWR2920.1.
[14] http://predict.habhub.org/ (access: 2.10.2017).
[15] https://www.google.com/earth/ (access: 2.10.2017).
[16] http://www.gpsvisualizer.com/ (access: 2.10.2017).
[17] Movie from the mission: https://www.youtube.com/watch?v=3Cyj75oyoII (access: 2.10.2017).
[18] Additional material from the mission are available at http://fizyk.ifpk.pk.edu.
pl/~rkycia/groups/elfHunters.html (access: 2.10.2017).