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SSZ_ANALYSIS_REPORT.md

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SSZ Schumann Resonance Analysis Report

Datum: 2025-12-08
Status: Analyse abgeschlossen
Autoren: Carmen Wrede & Lino Casu

Executive Summary

Vollständige Analyse von 744 Stunden echter Schumann-Resonanz-Daten aus Oktober 2013 (Sierra Nevada ELF Station). Die Daten wurden mit dem SSZ-Modell (Segmented Spacetime) analysiert und auf Korrelationen mit Sonnenaktivität (F10.7) und geomagnetischer Aktivität (Kp) getestet.

Hauptergebnisse

Metrik Wert
Datenpunkte 744 Stunden
Zeitraum 01.10.2013 - 31.10.2013
f1 beobachtet 8.055 ± 0.046 Hz
f1 klassisch 7.838 Hz
delta_seg (Mittel) -8.05%
SSZ-Konsistenz Nein (modenabhängig)

1. Datenübersicht

Verarbeitete Daten

  • Quelle: Zenodo Sierra Nevada ELF Station
  • Dateien: 744 (1 Stunde pro Datei)
  • Zeitraum: Oktober 2013 (kompletter Monat)
  • Sampling: 256 Hz, int16 ADC

Extrahierte Frequenzen

Mode Beobachtet Klassisch (η=0.74) Abweichung
f1 8.055 Hz 7.838 Hz +2.78%
f2 14.754 Hz 13.575 Hz +8.69%
f3 21.036 Hz 19.198 Hz +9.57%
f4 27.554 Hz 24.784 Hz +11.18%

2. SSZ-Analyse

Segment Density Deviation (delta_seg)

Die SSZ-Theorie postuliert:

f_observed = f_classical / D_SSZ
D_SSZ = 1 + delta_seg
delta_seg = -(f_obs - f_classical) / f_classical

Ergebnisse

Mode delta_seg (Mittel) delta_seg (Std)
f1 -2.78% ±0.57%
f2 -8.69% ±2.30%
f3 -9.57% ±1.11%
f4 -11.18% ±0.88%

Interpretation:

  • Negative delta_seg bedeutet: beobachtete Frequenz höher als klassisch
  • Dies entspricht einer schnelleren effektiven Lichtgeschwindigkeit
  • Oder: die klassische Formel mit η=0.74 unterschätzt die Frequenzen

SSZ-Konsistenztest

SSZ-Vorhersage: Alle Moden sollten den gleichen relativen Shift zeigen.

Ergebnis:

  • Spread zwischen Moden: 0.0366 (3.66%)
  • Schwellwert für SSZ-Konsistenz: < 0.02 (2%)
  • Fazit: Mode-abhängiger Shift → klassischer Effekt dominiert

3. Korrelationsanalyse

Korrelationen mit Sonnenaktivität

Korrelation r-Wert p-Wert Signifikant?
f1 vs F10.7 -0.241 0.191 Nein
f2 vs F10.7 -0.028 0.880 Nein
delta_seg vs F10.7 0.068 0.714 Nein
delta_seg vs Kp 0.102 0.587 Nein

Interpretation:

  • Keine signifikante Korrelation zwischen Schumann-Frequenzen und F10.7/Kp
  • Dies könnte an den synthetischen F10.7/Kp-Daten liegen (echte tägliche Daten benötigt)
  • Oder: der Effekt ist zu klein für einen Monat Daten

SSZ-Modell-Fit

delta_seg(t) = beta0 + beta1 * F10.7_norm(t)
Parameter Wert Fehler
beta0 -0.0805 ±0.0009
beta1 0.0003 ±0.0009
RMSE 0.0049 -

Interpretation:

  • beta1 ≈ 0 → keine signifikante solare Modulation in diesem Datensatz
  • beta0 ≈ -8% → konstanter Offset zur klassischen Theorie

4. Diurnale Variation

Beobachtete Tagesgänge

Mode Minimum (UTC) Maximum (UTC) Amplitude
f1 ~12:00 ~06:00 0.34 Hz
f2 ~15:00 ~12:00 0.65 Hz
f3 ~08:00 ~13:00 0.45 Hz
f4 ~04:00 ~14:00 0.55 Hz

Interpretation:

  • Klare diurnale Modulation in allen Moden
  • Maximum typischerweise am Nachmittag (UTC)
  • Konsistent mit globaler Blitzaktivität (Afrika/Amerika)

5. Plots

Zeitreihen

Zeitreihen

Korrelationen

Korrelationen

Diurnale Variation

Diurnal

6. Diskussion

Warum ist delta_seg modenabhängig?

Die beobachtete Modenabhängigkeit (f1: -2.8%, f4: -11.2%) deutet auf klassische ionosphärische Effekte hin:

  1. Ionosphärenhöhe: Höhere Moden sind empfindlicher auf Höhenänderungen
  2. Leitfähigkeitsprofil: Frequenzabhängige Dämpfung
  3. Wellenleiter-Dispersion: Nicht-idealer Hohlleiter

SSZ-Effekt nicht nachweisbar?

Das bedeutet nicht, dass SSZ falsch ist:

  1. Zu kurzer Zeitraum: 1 Monat ist möglicherweise nicht genug
  2. Synthetische Hilfsdaten: Echte F10.7/Kp-Daten könnten Korrelationen zeigen
  3. Klassische Effekte dominieren: SSZ-Effekt könnte unter ~0.1% liegen
  4. Falscher Ansatz: SSZ wirkt möglicherweise nicht auf Schumann-Frequenzen

Nächste Schritte

  1. Echte F10.7-Daten von NOAA/LASP für 2013-2017 beschaffen
  2. Längerer Zeitraum analysieren (4 Jahre statt 1 Monat)
  3. Solare Events identifizieren (Flares, CMEs) und gezielt analysieren
  4. Andere Stationen vergleichen (falls verfügbar)

7. Generierte Dateien

Daten

Datei Beschreibung
data/schumann/real/processed/schumann_1310_processed.csv 744 Stunden Frequenzdaten
output/ssz_analysis_daily.csv Tägliche Mittelwerte
output/ssz_analysis_hourly.csv Stündliche Mittelwerte
output/ssz_analysis_summary.json Zusammenfassung als JSON

Plots

Datei Beschreibung
output/ssz_analysis_timeseries.png Zeitreihen mit F10.7/Kp
output/ssz_analysis_correlations.png Korrelationsplots
output/ssz_analysis_diurnal.png Tagesgang aller Moden

Scripts

Datei Beschreibung
scripts/process_one_month.py Rohdaten-Verarbeitung
scripts/run_ssz_analysis.py SSZ-Analyse

8. Fazit

Erreicht

  • ✅ 744 Stunden echte Schumann-Daten extrahiert
  • ✅ Frequenzen f1-f4 mit Lorentzian-Fitting bestimmt
  • ✅ SSZ-Modell angewendet und getestet
  • ✅ Diurnale Variation quantifiziert
  • ✅ Korrelationsanalyse durchgeführt

Ergebnis

  • SSZ-Effekt nicht nachweisbar in diesem Datensatz
  • Klassische ionosphärische Effekte dominieren
  • Modenabhängiger Shift widerspricht SSZ-Vorhersage

Empfehlung

Für einen definitiven SSZ-Test werden benötigt:

  1. Längerer Zeitraum (Jahre statt Monate)
  2. Echte tägliche Sonnen-/Geomagnetik-Daten
  3. Mehrere unabhängige Stationen
  4. Fokus auf extreme Sonnenereignisse

© 2025 Carmen Wrede & Lino Casu
Licensed under the ANTI-CAPITALIST SOFTWARE LICENSE v1.4