院士簡介

熊大閏 ，1938—，江西南昌人，天體物理學(xué)家。

1962年畢業(yè)于北京大學(xué)地球物理系，同年分配到中國科學(xué)院紫金山天文臺工作。1991年當(dāng)選為中國科學(xué)院學(xué)部委員（院士）。

主要從事恒星對流理論以及與之有關(guān)的恒星結(jié)構(gòu)、演化和脈動穩(wěn)定性研究，獨(dú)立提出并發(fā)展了一種基于流體力學(xué)方程和湍流理論的非局部和非定常恒星對流理論——“熊氏對流理論”，并成功應(yīng)用于太陽對流區(qū)結(jié)構(gòu)、大質(zhì)量恒星演化和恒星脈動的理論計(jì)算，得到比傳統(tǒng)理論更加與觀測相符的結(jié)果，解決了該領(lǐng)域諸多理論難題。

曾先后榮獲中國科學(xué)院自然科學(xué)一等獎，國家自然科學(xué)二等獎、王丹萍科學(xué)獎和何梁何利基金科學(xué)與進(jìn)步獎。

除專注科研工作外，還熱心社會公益事業(yè)，在四川省漢源縣進(jìn)行了10年農(nóng)村扶貧。通過資助修路、引水、創(chuàng)收項(xiàng)目，修建村小學(xué)、購置小型農(nóng)用機(jī)械、幫扶特困戶等項(xiàng)目，大大改善了石泉村村民的生產(chǎn)條件和生活環(huán)境，解決了該村及鄰近村寨幼兒就近上學(xué)和營養(yǎng)午餐的困難。

摘自 2008年2月出版的《中國科學(xué)院院士與金陵鼓樓》，其中部分內(nèi)容曾刊登于2004年2月13日出版的《光明日報(bào)》，小標(biāo)題為編者添加。

院士箴言

“在科學(xué)上要有所作為，要具備科學(xué)的洞察力和敢于突破傳統(tǒng)的勇氣；而要能將自己有限的才智充分發(fā)揮出來，則需要專心致志，潛心學(xué)問。前者我是受惠于學(xué)校教育，而后者則得益于我生性愚鈍，能目不旁顧，兩耳不聞窗外事。加之當(dāng)時(shí)的研究環(huán)境也沒有如今這么強(qiáng)的競爭壓力和誘惑。因此能專心致志，潛心研究。至于刻苦努力的精神則可能出自遺傳和青少年時(shí)期的清貧，更得益于北大校風(fēng)的熏陶?！?/p>

——熊大閏

一心求學(xué)

1938年9月16日，我出生于江西吉安。那時(shí)，日寇飛機(jī)轟炸南昌，我就出生在舉家向贛南撤逃的途中。我的祖父熊育錫屬于被西方洋槍大炮喚醒的第一批愛國知識分子，1901年他和叔祖父熊元鍔一起創(chuàng)辦了南昌心遠(yuǎn)中學(xué)，走上了教育救國的道路，終生不倦。

心遠(yuǎn)中學(xué)與天津的南開中學(xué)（1904）、長沙的明德中學(xué)（1903）為我國最早私人興辦的三年新式中學(xué)。為創(chuàng)辦心遠(yuǎn)中學(xué)，祖父不僅耗盡了家族的財(cái)產(chǎn)，在最艱難之時(shí)，還常以自己的薪金貼補(bǔ)辦學(xué)之用。1942年祖父去世時(shí)幾乎家無余財(cái)，其子孫亦大多數(shù)從事教育科技工作，無人從政為官。我的父親就在心遠(yuǎn)中學(xué)教體育。

祖父是一位堅(jiān)定的“中體西用”論者，他曾在考察日本教育回國后的一次歡迎會上說：“我國人道德高厚，文學(xué)淵博。如范文正（編者注：范仲淹）、曾文正（編者注：曾國藩）諸公，皆余所崇拜，而為日人所萬不能及者。至中國之所不如他人者，即所謂物質(zhì)文明也?！?/p>

抗日戰(zhàn)爭勝利后，我們又舉家隨心遠(yuǎn)中學(xué)返回南昌，家庭經(jīng)濟(jì)狀況開始急劇惡化，生活日益艱難。解放后，父親調(diào)往外縣任教，收入驟降。在南昌的母親和我們四個未成年兄妹只是依靠不多的積蓄和變賣原本不多的家具雜物，以及親友的全力支援，才得以熬過這一段最艱難的歲月。1962年我們兄妹先后大學(xué)畢業(yè)，花了幾年時(shí)間才陸續(xù)償還了那時(shí)期所欠下的債務(wù)。

我在少年時(shí)期最喜愛數(shù)學(xué)，特別是幾何學(xué)。我所念的實(shí)驗(yàn)小學(xué)和南昌第一中學(xué)，都是南昌最好的學(xué)校，師資力量相當(dāng)強(qiáng)。老師們個個兢兢業(yè)業(yè)，視教學(xué)為一種崇高的事業(yè)。那時(shí)學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)非常輕，有大量的課余時(shí)間。我喜愛運(yùn)動，特別是乒乓球、籃球和游泳。愛好看小說，我最喜愛的作家有屠格涅夫、普希金、萊蒙托夫、雨果、梅里美、司湯達(dá)、史蒂文森、司各特、肖洛霍夫等。有時(shí)一天就讀一本，追求情節(jié)，不求甚解，因此大量的閱讀幾乎沒給我寫作水平的提高帶來多大的好處。然而對我的立身處世，卻有著潛移默化的影響。我還記得我讀的最早一本啟蒙讀物是《苦兒流浪記》，在大學(xué)時(shí)我又重讀了一遍。到不惑之年，我還津津有味地看過由它改編的電視連續(xù)劇和兒童動畫片。每看一次，我都被感動得熱淚盈眶。

在北大求學(xué)時(shí)的熊大閏

1956年，我大出意料之外地考入了北京大學(xué)物理系。到北京大學(xué)似乎進(jìn)入了另一個世界，大大開闊了我的眼界，方知世界是竟有這么多精妙的學(xué)問待我們?nèi)W(xué)習(xí)。我貪婪地閱讀著大量的書籍，整整6年沒有回過家，連十三陵和八達(dá)嶺也未去游玩過。我進(jìn)校時(shí)的北大校長是馬寅初先生，他不幸因人口論而含不白之冤達(dá)30年之久。他那種強(qiáng)烈的社會責(zé)任感和堅(jiān)持真理的勇氣深深銘刻在我心中，激勵著我前進(jìn)。

潛心科研

1962年我自北京大學(xué)畢業(yè)分配到紫金山天文臺恒星研究室，從事變星光電測光的觀測研究。此時(shí)我國天文學(xué)正經(jīng)歷著從天體力學(xué)主導(dǎo)向天體物理主流的轉(zhuǎn)變過程。作為一名具有正宗物理學(xué)背景的學(xué)生加入天文學(xué)的隊(duì)伍，無疑占據(jù)某些先機(jī)和優(yōu)勢。每當(dāng)進(jìn)入一個天文學(xué)問題時(shí)，我總是以物理學(xué)家的目光來審視和思考。參加工作后，經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)和調(diào)研，我很快進(jìn)入了角色。

熊大閏院士在工作

當(dāng)時(shí)科學(xué)院的口號是：干一行愛一行，行行出狀元。根據(jù)當(dāng)時(shí)天文學(xué)的發(fā)展，在變星領(lǐng)域和光電測光研究手段所及的研究范圍，我提出了如下三個研究課題和方向：

1）白矮星的脈動性質(zhì)是怎樣的？

2）利用多色測光和偏振測光研究天體的輻射性質(zhì)和從事星際介質(zhì)物理的研究。

3）恒星對流對變星脈動有何影響？

這三個問題都具有很強(qiáng)的物理背景，而第一和第三個課題更具有某種程度的開創(chuàng)性。

1964年前后，在一臺機(jī)械的電動計(jì)算機(jī)上，我完成了錢德拉塞卡完全電子簡并白矮星模型（錢氏該工作80年代獲諾貝爾物理獎）的脈動理論計(jì)算。投天文學(xué)報(bào)，后因十年動亂，天文學(xué)報(bào)停刊而未能發(fā)表。1967年發(fā)現(xiàn)脈沖星（后獲諾貝爾物理獎），開始時(shí)它曾被認(rèn)為可能是白矮星（實(shí)為中子星），人們才開始競相研究白矮星脈動。

熊大閏院士在工作

恒星對流理論以及與之相關(guān)的恒星結(jié)構(gòu)、演化和脈動穩(wěn)定性的研究伴隨了我一生。因此可以說，我一生的研究軌跡基本上是由我參加工作后最初的3年所確定的。

對流是一種非常普遍的自然現(xiàn)象，輻射與對流是天體內(nèi)部二種主要的傳能機(jī)制。由于天體的巨大尺度，天體中的對流大都呈現(xiàn)完全的湍流運(yùn)動狀態(tài)。對流引起天體內(nèi)部的能量、動量和物質(zhì)的傳輸與交換，從而嚴(yán)重影響恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、演化和脈動的穩(wěn)定性。

由于湍流理論發(fā)展的不完善，至今天文學(xué)廣為應(yīng)用的仍是一種所謂混合長的恒星對流理論。它并不是一種遵循流體力學(xué)方程和湍流理論的動力學(xué)理論，而是一種將湍流元類比于氣體分子的唯象理論，其最大的優(yōu)點(diǎn)是物理的直觀性和使用的簡單性，但其根本缺點(diǎn)就在于它不能給湍動對流的動力學(xué)過程以精確的數(shù)學(xué)描述。在處理非局部對流和非定常對流時(shí)，其缺點(diǎn)就顯得格外突出和不可容忍，甚至導(dǎo)致矛盾和不自恰。

大多數(shù)變星都具有延伸程度不等的表面對流區(qū)。對流通過對流傳能（對流與變星脈動的熱力學(xué)耦合）、湍流壓和湍流粘滯性（動力學(xué)耦合）影響著變星的脈動穩(wěn)定性。

我從定性的分析得知，湍流壓一般起激發(fā)作用，而湍動熱對流與湍流粘滯性則是阻尼作用。三者的相對大小隨恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)性質(zhì)而變化，從而導(dǎo)致具有延伸對流包層低溫恒星脈動特性的千變?nèi)f化。為定量處理對流與脈動的耦合，就需要發(fā)展一種非定常的恒星對流理論。早在1964年前后我就提出了這個課題，并初步構(gòu)想，能否仿照分子輸運(yùn)理論那樣，建立一個類似于玻爾茲曼方程那樣的推求湍流速率分布的方程。一旦找到湍流速率分布函數(shù)，則所有的湍動熱對流、湍流壓和湍流粘滯性則均可得到。這個理論構(gòu)想被十年動亂整整耽擱了整整十年，于1975年前后才又得以重新開始著手研究。

隨著研究的深入和對湍流知識的加深，我才開始認(rèn)識到湍流實(shí)際上比分子運(yùn)動要更為復(fù)雜。分子除在短暫的碰撞瞬間外，基本上是自由的，因而可認(rèn)為是一近獨(dú)立子系。通過玻爾茲曼方程，可以建立一套優(yōu)美的分子輸運(yùn)理論。而流體則處在連續(xù)不斷的相互作用中。產(chǎn)生于流場某處的局部擾動，通過壓力變化可以迅速波及整個流場。流體運(yùn)動的非線性和非局部性是湍動對流理論困難性的根本所在。為避免唯象理論的固有缺點(diǎn)，我認(rèn)為最好將恒星對流理論建立在流體力學(xué)方程和湍流理論基礎(chǔ)上。其優(yōu)點(diǎn)是：

第一，這樣的理論將具有更堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)，能更正確地描述湍動對流的動力學(xué)行為。

第二，我們能借助湍流理論現(xiàn)有的研究成果。

第三，其理論形式將更為統(tǒng)一，便于推廣。

例如，沿著同一的理論模式，我們能建立定常的和非定常的，局部的和非局部的，化學(xué)均勻的和化學(xué)不均勻恒星的，徑向和非徑向脈動的恒星對流理論。特別對于化學(xué)非均勻的和恒星非徑向脈動，至今只有我們的理論能予以處理。經(jīng)過幾年的探索，1977年我提出一種非定常湍動對流的統(tǒng)計(jì)理論。隨后就將它用于變星脈動理論計(jì)算，成功解釋了造父變星和天琴座RR型變星脈動不穩(wěn)定區(qū)低溫（紅）邊界存在的理論難題。

我隨后的研究發(fā)現(xiàn)，大質(zhì)量恒星演化中著名的所謂半對流理論矛盾實(shí)際上是局部對流理論引起的。當(dāng)時(shí)國際上通行的辦法是仍保持對流的局部處理，而人為地引進(jìn)一個所謂半對流區(qū)來彌補(bǔ)因?qū)α鞯木植刻幚矶鴮?dǎo)入的矛盾。很自然，并不存在一種自恰的方法去構(gòu)成這個所謂半對流區(qū)。不同的研究者采用各自的方法，這引起恒星演化計(jì)算很大的不確定性。

這至今仍是恒星演化理論最重要的理論困難之一。我則認(rèn)為，如果恢復(fù)對流的非局部描述，則上述局部對流理論導(dǎo)入的矛盾將會自動消失。因此1979年我提出一種非局部對流的統(tǒng)計(jì)理論，隨后又將其推廣到化學(xué)非均勻恒星組態(tài)更為一般的形式，并得到一組非局部對流理論下恒星演化計(jì)算的自恰封閉方程組。由于當(dāng)時(shí)計(jì)算條件極端惡劣，我差不多花了整整五年時(shí)間，才完成了利用上述新的恒星演化計(jì)算方案，大質(zhì)量恒星主序后的早期演化的理論計(jì)算。正如我理論預(yù)期的那樣，半對流的理論矛盾確實(shí)自行消失了。與傳統(tǒng)理論相比，我們新理論主序帶更寬，更亮，這有利于解釋著名的所謂造父變星質(zhì)量矛盾以及緩和理論與觀測的亮星在赫-羅圖上的分布之間的矛盾。

探索自然規(guī)律是基礎(chǔ)研究的最直接目的。基礎(chǔ)研究需要有一個相對穩(wěn)定的科技政策和寬松的科研環(huán)境。在這個問題上我們有過成功的經(jīng)驗(yàn)，也經(jīng)受過慘痛的教訓(xùn)。近幾年來，國家加大了科技的投入，科技人員的收入也有大幅度的提高?？偟男蝿菔呛玫模髁x和浮躁情緒有泛濫成災(zāi)之勢。科技人員忙于跟著評審、評比和獎勵的指揮棒轉(zhuǎn)。濫施大棒，廣散糖彈都可以害了科學(xué)家。急功近利的政策導(dǎo)向難以出影響深遠(yuǎn)的科技重大成果，而只能引導(dǎo)出一大批短平快的小文章。這種傾向若不能得到及時(shí)糾正，將對我國科學(xué)的長遠(yuǎn)發(fā)展造成嚴(yán)重的損害。

生活中的熊大閏

研無止境

摘自 熊大閏《我與鼓樓醫(yī)院》

鼓樓醫(yī)院、南京大學(xué)和我們紫金山天文鼓樓辦公大樓距離古老的南京鼓樓城樓都不足100米，加之紫金山天文臺與南京大學(xué)的歷史淵源，使得我們之間的關(guān)系非比尋常。我?guī)状沃夭∽≡憾荚诠臉轻t(yī)院。

2014年秋體檢發(fā)現(xiàn)我患肺病，住進(jìn)鼓樓醫(yī)院。生老病死是自然規(guī)律，無人能逃過這個輪回，所以我并不驚恐，但想到多年的研究成果，尚未寫出研究報(bào)告，就這樣爛在肚子里豈不可惜。于是抓緊時(shí)間，用兩個月趕寫了兩篇研究論文的初稿，后于2016年和2018年分別發(fā)表在國際知名的天文學(xué)雜志《英國皇家天文學(xué)會月刊》（MNRAS）上。

……

2020年我再次住進(jìn)鼓樓醫(yī)院老年科病房。在住院治療的一個月時(shí)間里，我又完成了一篇科學(xué)論文《恒星對流理論以及與之相關(guān)的恒星結(jié)構(gòu)、演化和脈動穩(wěn)定性問題》的修改定稿工作。該文是我60年科學(xué)工作的全面總結(jié)，現(xiàn)已發(fā)表在國際期刊《天文學(xué)與空間科學(xué)前沿》的邀請?jiān)u述論文專輯《星震學(xué)的未來》上。

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輪值主編：袁強(qiáng)

編輯：王科超