熊大閏：突破傳統，潛心學問

院士簡介

熊大閏 ，1938—，江西南昌人，天體物理學家。

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

主要從事恒星對流理論以及與之有關的恒星結構、演化和脈動穩定性研究，獨立提出并發展了一種基于流體力學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”，并成功應用于太陽對流區結構、大質量恒星演化和恒星脈動的理論計算，得到比傳統理論更加與觀測相符的結果，解決了該領域諸多理論難題。

曾先后榮獲中國科學院自然科學一等獎，國家自然科學二等獎、王丹萍科學獎和何梁何利基金科學與進步獎。

除專注科研工作外，還熱心社會公益事業，在四川省漢源縣進行了10年農村扶貧。通過資助修路、引水、創收項目，修建村小學、購置小型農用機械、幫扶特困戶等項目，大大改善了石泉村村民的生產條件和生活環境，解決了該村及鄰近村寨幼兒就近上學和營養午餐的困難。

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

⊙ 院士箴言

“在科學上要有所作為，要具備科學的洞察力和敢于突破傳統的勇氣；而要能將自己有限的才智充分發揮出來，則需要專心致志，潛心學問。前者我是受惠于學校教育，而后者則得益于我生性愚鈍，能目不旁顧，兩耳不聞窗外事。加之當時的研究環境也沒有如今這么強的競爭壓力和誘惑。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期的清貧，更得益于北大校風的熏陶?！?/p>

——熊大閏

⊙ 一心求學

1938年9月16日，我出生于江西吉安。那時，日寇飛機轟炸南昌，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辦了南昌心遠中學，走上了教育救國的道路，終生不倦。

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

祖父是一位堅定的“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，即所謂物質文明也?！?/p>

抗日戰爭勝利后，我們又舉家隨心遠中學返回南昌，家庭經濟狀況開始急劇惡化，生活日益艱難。解放后，父親調往外縣任教，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畢業，花了幾年時間才陸續償還了那時期所欠下的債務。

我在少年時期最喜愛數學，特別是幾何學。我所念的實驗小學和南昌第一中學，都是南昌最好的學校，師資力量相當強。老師們個個兢兢業業，視教學為一種崇高的事業。那時學習負擔非常輕，有大量的課余時間。我喜愛運動，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、史蒂文森、司各特、肖洛霍夫等。有時一天就讀一本，追求情節，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》，在大學時我又重讀了一遍。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。

在北大求學時的熊大閏

1956年，我大出意料之外地考入了北京大學物理系。到北京大學似乎進入了另一個世界，大大開闊了我的眼界，方知世界是竟有這么多精妙的學問待我們去學習。我貪婪地閱讀著大量的書籍，整整6年沒有回過家，連十三陵和八達嶺也未去游玩過。我進校時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30年之久。他那種強烈的社會責任感和堅持真理的勇氣深深銘刻在我心中，激勵著我前進。

⊙ 潛心科研

1962年我自北京大學畢業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。此時我國天文學正經歷著從天體力學主導向天體物理主流的轉變過程。作為一名具有正宗物理學背景的學生加入天文學的隊伍，無疑占據某些先機和優勢。每當進入一個天文學問題時，我總是以物理學家的目光來審視和思考。參加工作后，經過一段時間的學習和調研，我很快進入了角色。

熊大閏院士在工作

當時科學院的口號是：干一行愛一行，行行出狀元。根據當時天文學的發展，在變星領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和從事星際介質物理的研究。

3）恒星對流對變星脈動有何影響？

這三個問題都具有很強的物理背景，而第一和第三個課題更具有某種程度的開創性。

1964年前后，在一臺機械的電動計算機上，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）的脈動理論計算。投天文學報，后因十年動亂，天文學報?？茨馨l表。1967年發現脈沖星（后獲諾貝爾物理獎），開始時它曾被認為可能是白矮星（實為中子星），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的恒星結構、演化和脈動穩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象，輻射與對流是天體內部二種主要的傳能機制。由于天體的巨大尺度，天體中的對流大都呈現完全的湍流運動狀態。對流引起天體內部的能量、動量和物質的傳輸與交換，從而嚴重影響恒星的內部結構、演化和脈動的穩定性。

由于湍流理論發展的不完善，至今天文學廣為應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方程和湍流理論的動力學理論，而是一種將湍流元類比于氣體分子的唯象理論，其最大的優點是物理的直觀性和使用的簡單性，但其根本缺點就在于它不能給湍動對流的動力學過程以精確的數學描述。在處理非局部對流和非定常對流時，其缺點就顯得格外突出和不可容忍，甚至導致矛盾和不自恰。

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

我從定性的分析得知，湍流壓一般起激發作用，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部結構性質而變化，從而導致具有延伸對流包層低溫恒星脈動特性的千變萬化。為定量處理對流與脈動的耦合，就需要發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，并初步構想，能否仿照分子輸運理論那樣，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，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，我才開始認識到湍流實際上比分子運動要更為復雜。分子除在短暫的碰撞瞬間外，基本上是自由的，因而可認為是一近獨立子系。通過玻爾茲曼方程，可以建立一套優美的分子輸運理論。而流體則處在連續不斷的相互作用中。產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，我認為最好將恒星對流理論建立在流體力學方程和湍流理論基礎上。其優點是：

第一，這樣的理論將具有更堅實的物理基礎，能更正確地描述湍動對流的動力學行為。

第二，我們能借助湍流理論現有的研究成果。

第三，其理論形式將更為統一，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，化學均勻的和化學不均勻恒星的，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。經過幾年的探索，1977年我提出一種非定常湍動對流的統計理論。隨后就將它用于變星脈動理論計算，成功解釋了造父變星和天琴座RR型變星脈動不穩定區低溫（紅）邊界存在的理論難題。

我隨后的研究發現，大質量恒星演化中著名的所謂半對流理論矛盾實際上是局部對流理論引起的。當時國際上通行的辦法是仍保持對流的局部處理，而人為地引進一個所謂半對流區來彌補因對流的局部處理而導入的矛盾。很自然，并不存在一種自恰的方法去構成這個所謂半對流區。不同的研究者采用各自的方法，這引起恒星演化計算很大的不確定性。

這至今仍是恒星演化理論最重要的理論困難之一。我則認為，如果恢復對流的非局部描述，則上述局部對流理論導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計理論，隨后又將其推廣到化學非均勻恒星組態更為一般的形式，并得到一組非局部對流理論下恒星演化計算的自恰封閉方程組。由于當時計算條件極端惡劣，我差不多花了整整五年時間，才完成了利用上述新的恒星演化計算方案，大質量恒星主序后的早期演化的理論計算。正如我理論預期的那樣，半對流的理論矛盾確實自行消失了。與傳統理論相比，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。

探索自然規律是基礎研究的最直接目的?；A研究需要有一個相對穩定的科技政策和寬松的科研環境。在這個問題上我們有過成功的經驗，也經受過慘痛的教訓。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之勢?？萍既藛T忙于跟著評審、評比和獎勵的指揮棒轉。濫施大棒，廣散糖彈都可以害了科學家。急功近利的政策導向難以出影響深遠的科技重大成果，而只能引導出一大批短平快的小文章。這種傾向若不能得到及時糾正，將對我國科學的長遠發展造成嚴重的損害。

生活中的熊大閏

⊙ 研無止境

▽ 摘自 熊大閏《我與鼓樓醫院》

鼓樓醫院、南京大學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的歷史淵源，使得我們之間的關系非比尋常。我幾次重病住院都在鼓樓醫院。

2014年秋體檢發現我患肺病，住進鼓樓醫院。生老病死是自然規律，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，尚未寫出研究報告，就這樣爛在肚子里豈不可惜。于是抓緊時間，用兩個月趕寫了兩篇研究論文的初稿，后于2016年和2018年分別發表在國際知名的天文學雜志《英國皇家天文學會月刊》（MNRAS）上。

……

2020年我再次住進鼓樓醫院老年科病房。在住院治療的一個月時間里，我又完成了一篇科學論文《恒星對流理論以及與之相關的恒星結構、演化和脈動穩定性問題》的修改定稿工作。該文是我60年科學工作的全面總結，現已發表在國際期刊《天文學與空間科學前沿》的邀請評述論文專輯《星震學的未來》上。

……

輪值主編：袁強

編輯：王科超