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(dòng)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(dòng)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(jiǎng)，國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、王丹萍科學(xué)獎(jiǎng)和何梁何利基金科學(xué)與進(jìn)步獎(jiǎng)。

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(gè)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(gè)個(gè)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(dòng)，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(dòng)畫片。每看一次，我都被感動(dòng)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(gè)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(lì)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(gè)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(gè)研究課題和方向：

1）白矮星的脈動(dòng)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(dòng)有何影響？

這三個(gè)問題都具有很強(qiáng)的物理背景，而第一和第三個(gè)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(dòng)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(jiǎng)）的脈動(dòng)理論計(jì)算。投天文學(xué)報(bào)，后因十年動(dòng)亂，天文學(xué)報(bào)?？茨馨l(fā)表。1967年發(fā)現(xiàn)脈沖星（后獲諾貝爾物理獎(jiǎng)），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(dòng)。

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(dòng)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(dòng)狀態(tài)。對流引起天體內(nèi)部的能量、動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)對流的動(dòng)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(dòng)的熱力學(xué)耦合）、湍流壓和湍流粘滯性（動(dòng)力學(xué)耦合）影響著變星的脈動(dòng)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(dòng)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(dòng)特性的千變?nèi)f化。為定量處理對流與脈動(dòng)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(gè)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(gè)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(dòng)熱對流、湍流壓和湍流粘滯性則均可得到。這個(gè)理論構(gòu)想被十年動(dòng)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(dòng)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(dòng)，通過壓力變化可以迅速波及整個(gè)流場。流體運(yùn)動(dòng)的非線性和非局部性是湍動(dòng)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(dòng)對流的動(dòng)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(dòng)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(dòng)，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(dòng)對流的統(tǒng)計(jì)理論。隨后就將它用于變星脈動(dòng)理論計(jì)算，成功解釋了造父變星和天琴座RR型變星脈動(dòng)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(gè)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(gè)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(dòng)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(gè)相對穩(wěn)定的科技政策和寬松的科研環(huán)境。在這個(gè)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?，但功利主義和浮躁情緒有泛濫成災(zāi)之勢?？萍既藛T忙于跟著評審、評比和獎(jiǎng)勵(lì)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(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)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