地球科學獎

  涂傳詒物理學家,1940年7月24日生于北京市。1964年畢業于北京大學地球物理系。1972年以來在北京大學任教。1980-1981年在美國天主教大學、1988-1990年在德國馬克斯普朗克學會高空研究所從事合作研究。中國科學院院士、第三世界科學院 (TWAS)院士。現任北京大學地球與空間科學學院教授。

涂傳詒長期從事空間物理特別是太陽風的研究,至2006年5月,涂傳詒發表的文章已被《科學引文索引》( SCI)收錄 53篇,被 SCI收錄文章引用1766次,其中作為第一作者文章被 SCI收錄文章引用 1206次,單篇最高引用 210次。

涂傳詒教授執筆編寫“日地空間物理學(行星際與磁層)”上下冊 (科學出版社出版, 1988年);與德國科學家 E.Marsch合著長篇評論文章(專著): MHD Structures Waves and Turbulence in the Solar Wind:Observations and Theories. (Space Science Review, vol.73, No.1-2, pp.1-210,1995又被 Kluwer Academic Publishers以專著形式于 1995年出版 )。

太陽風的形成機制

  一、科學成果內容

  1. 發現太陽風中存在湍流串級過程。發現太陽風加熱的能源來自湍流串級能量,揭示太陽風能量供給和傳輸機制。創建了描述太陽風湍流傳輸特性的“類WKB湍流理論”,以自恰方式描述阿爾芬湍流具有的波動特性和湍流特性。在此基礎上又創建了太陽風阿爾芬湍流串級加熱理論和非完全發展的湍流間歇理論,從而開辟了新的研究道路。該項成果的代表文章發表于Journal of Geophysical Research ,Vol. 93, Pages 7-20, 1988。
  2. 發現太陽風流動起源于極區冕洞磁漏斗結構中光球層上方五千公里至二萬公里的高度范圍。提出沿徑向的太陽風徑向流動是由垂直徑向的大尺度對流運動驅動的新觀點,認為位于磁漏斗結構旁側的中尺度的磁圈在對流運動的驅動下通過磁重聯供給太陽風初始的質量動量和能量。這一新概念突破了以往學術界流行的太陽風起源于一維流管的想法和理論,為研究太陽風起源問題開辟了新道路。該項成果的代表文章以研究論文形式發表于SCIENCE,Vol. 308 , Pages 519-523, 2005。

  二、科學意義

  太陽風的起源和形成機制是空間物理學和日球層物理學的重大基礎課題,它又是與天體物理學中星際風和等離子體宇宙研究相關的課題。太陽風占據的空間稱為日球層。太陽系的行星都浸在太陽風中。太陽風把地球磁場限制在一定空間范圍內,形成地球磁層。太陽風是等離子體宇宙中仍需探索的基本物理現象。由于恒星風距離地球太遠,不能實地觀測,而太陽風能通過衛星實地觀測,因此太陽風的研究對恒星風研究有重要意義。由于由太陽發出的擾動通過太陽風傳致近地空間,導致地球空間的災害天氣,因此太陽風又是空間天氣學研究的重要課題。

太陽風形成研究的基本問題是太陽風的加速和加熱機制。太陽風在地球軌道的速度有每秒700公里的速度和數十萬度的高溫。什么能量支持太陽的高速和高溫是太陽風研究的前沿課題。涂傳詒揭示了阿爾芬波湍流串級加熱和加速的機制,從而為太陽風在行星際空間的加熱和加速問題的解決找到出路。

有關太陽風形成機制的另一個基本問題是太陽風的起源。觀測表明太陽風高速流是源于太陽冕洞。由于對日面二維觀測不能給出太陽風起源的高度信息,早期的太陽風模型假設太陽風起始于日冕底部。在上世紀80年代中期后,考慮到日冕加熱和太陽風加速必須統一研究,人們把太陽風流管的內邊界推到色球層底部。上述關于太陽風內邊界的假設都沒有直接觀測證據。太陽風內邊界的不確定描述直接導致無法有效研究太陽風的起源。涂傳詒等(Science, vol. 308,2005)由太陽遠紫外輻射的觀測數據和太陽磁場數據發現了太陽風起源高度。確認太陽風高速流起源于光球之上五千公里至兩萬公里的冕洞漏斗狀磁結構的區域(漏斗細徑源于光球)。該文指出以往通行的用一維流管研究太陽風起源的方法是不恰當的,并提出了全新的太陽風起源模型,即在太陽風源區沿徑向向外的流動是由垂直徑向平面內的超米粒組織對流運動驅動的。

  三、對促進科學技術發展所起的作用及產生的影響

  該項對太陽風的形成機制的研究中獲得的重大成果已為國內外同行所公認,被廣泛引用和高度評價。有關文章被SCI引用1206次,其中綜合性文章(Space vol.73, No.1-2, pp.1-210,1995。又被KluwrAcademic Publishers以專著形式出版。)已獲SCI引用210次。德國Marsch指出“這一理論(Tu,1988)在描述觀測到的質子溫度徑向變化方面表現了出奇的成功”。該理論被國際學術界認同并稱為“涂氏模型”;被認為是相關領域中的“重要進展”;“把對阿爾芬起伏的線性描述和湍流描述耦合了起來”;“由一個統一的觀點來解釋阿爾芬脈動功率譜的衰減和太陽風離子的加熱”。

該項成果提出了新的思想,開辟了新的研究道路,促進了國際學術界對太陽風湍流傳輸理論、太陽風加熱加速問題和太陽風起源與形成問題的研究。該項成果已被用于計算太陽風中能量供應率,促進了太陽風模型研究的發展。一些國際學術論文指出“涂和他的合作者開辟了更加完整的處理湍流的道路”;“這一方法(涂模型)的成功是目前工作的一個動力”;“已經成為許多最近發表的對于研究行星際起伏本質有啟發性的文章的基礎”。


結合SOHO飛船上搭載的EIT、SUMER和MDI儀器觀測到的太陽日冕譜線的輻射情況(左下),
太陽極區冕洞區域的開放或閉合的磁場結構以及太陽風標識物的流動分布(中上),
太陽極區冕洞區域的開放的漏斗狀磁場結構(右下)。
歐洲空間局(ESA)新聞網站就涂傳詒等在SCIENCE發表研究論文所配發的新聞圖片。

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