地球科学奖

  涂传诒物理学家,1940年7月24日生于北京市。1964年毕业于北京大学地球物理系。1972年以来在北京大学任教。1980-1981年在美国天主教大学、1988-1990年在德国马克斯普朗克学会高空研究所从事合作研究。中国科学院院士、第三世界科学院 (TWAS)院士。现任北京大学地球与空间科学学院教授。

  涂传诒长期从事空间物理特别是太阳风的研究,至2006年5月,涂传诒发表的文章已被《科学引文索引》( SCI)收录 53篇,被 SCI收录文章引用1766次,其中作为第一作者文章被 SCI收录文章引用 1206次,单篇最高引用 210次。

  涂传诒教授执笔编写“日地空间物理学(行星际与磁层)”上下册 (科学出版社出版, 1988年);与德国科学家 E.Marsch合著长篇评论文章(专著): 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以专著形式于 1995年出版 )。

太阳风的形成机制

  一、科学成果内容

  1. 发现太阳风中存在湍流串级过程。发现太阳风加热的能源来自湍流串级能量,揭示太阳风能量供给和传输机制。创建了描述太阳风湍流传输特性的“类WKB湍流理论”,以自恰方式描述阿尔芬湍流具有的波动特性和湍流特性。在此基础上又创建了太阳风阿尔芬湍流串级加热理论和非完全发展的湍流间歇理论,从而开辟了新的研究道路。该项成果的代表文章发表于Journal of Geophysical Research ,Vol. 93, Pages 7-20, 1988。
  2. 发现太阳风流动起源于极区冕洞磁漏斗结构中光球层上方五千公里至二万公里的高度范围。提出沿径向的太阳风径向流动是由垂直径向的大尺度对流运动驱动的新观点,认为位于磁漏斗结构旁侧的中尺度的磁圈在对流运动的驱动下通过磁重联供给太阳风初始的质量动量和能量。这一新概念突破了以往学术界流行的太阳风起源于一维流管的想法和理论,为研究太阳风起源问题开辟了新道路。该项成果的代表文章以研究论文形式发表于SCIENCE,Vol. 308 , Pages 519-523, 2005。

  二、科学意义

  太阳风的起源和形成机制是空间物理学和日球层物理学的重大基础课题,它又是与天体物理学中星际风和等离子体宇宙研究相关的课题。太阳风占据的空间称为日球层。太阳系的行星都浸在太阳风中。太阳风把地球磁场限制在一定空间范围内,形成地球磁层。太阳风是等离子体宇宙中仍需探索的基本物理现象。由于恒星风距离地球太远,不能实地观测,而太阳风能通过卫星实地观测,因此太阳风的研究对恒星风研究有重要意义。由于由太阳发出的扰动通过太阳风传致近地空间,导致地球空间的灾害天气,因此太阳风又是空间天气学研究的重要课题。

  太阳风形成研究的基本问题是太阳风的加速和加热机制。太阳风在地球轨道的速度有每秒700公里的速度和数十万度的高温。什么能量支持太阳的高速和高温是太阳风研究的前沿课题。涂传诒揭示了阿尔芬波湍流串级加热和加速的机制,从而为太阳风在行星际空间的加热和加速问题的解决找到出路。

  有关太阳风形成机制的另一个基本问题是太阳风的起源。观测表明太阳风高速流是源于太阳冕洞。由于对日面二维观测不能给出太阳风起源的高度信息,早期的太阳风模型假设太阳风起始于日冕底部。在上世纪80年代中期后,考虑到日冕加热和太阳风加速必须统一研究,人们把太阳风流管的内边界推到色球层底部。上述关于太阳风内边界的假设都没有直接观测证据。太阳风内边界的不确定描述直接导致无法有效研究太阳风的起源。涂传诒等(Science, vol. 308,2005)由太阳远紫外辐射的观测数据和太阳磁场数据发现了太阳风起源高度。确认太阳风高速流起源于光球之上五千公里至两万公里的冕洞漏斗状磁结构的区域(漏斗细径源于光球)。该文指出以往通行的用一维流管研究太阳风起源的方法是不恰当的,并提出了全新的太阳风起源模型,即在太阳风源区沿径向向外的流动是由垂直径向平面内的超米粒组织对流运动驱动的。

  三、对促进科学技术发展所起的作用及产生的影响

  该项对太阳风的形成机制的研究中获得的重大成果已为国内外同行所公认,被广泛引用和高度评价。有关文章被SCI引用1206次,其中综合性文章(Space vol.73, No.1-2, pp.1-210,1995。又被KluwrAcademic Publishers以专著形式出版。)已获SCI引用210次。德国Marsch指出“这一理论(Tu,1988)在描述观测到的质子温度径向变化方面表现了出奇的成功”。该理论被国际学术界认同并称为“涂氏模型”;被认为是相关领域中的“重要进展”;“把对阿尔芬起伏的线性描述和湍流描述耦合了起来”;“由一个统一的观点来解释阿尔芬脉动功率谱的衰减和太阳风离子的加热”。

  该项成果提出了新的思想,开辟了新的研究道路,促进了国际学术界对太阳风湍流传输理论、太阳风加热加速问题和太阳风起源与形成问题的研究。该项成果已被用于计算太阳风中能量供应率,促进了太阳风模型研究的发展。一些国际学术论文指出“涂和他的合作者开辟了更加完整的处理湍流的道路”;“这一方法(涂模型)的成功是目前工作的一个动力”;“已经成为许多最近发表的对于研究行星际起伏本质有启发性的文章的基础”。


结合SOHO飞船上搭载的EIT、SUMER和MDI仪器观测到的太阳日冕谱线的辐射情况(左下),
太阳极区冕洞区域的开放或闭合的磁场结构以及太阳风标识物的流动分布(中上),
太阳极区冕洞区域的开放的漏斗状磁场结构(右下)。
欧洲空间局(ESA)新闻网站就涂传诒等在SCIENCE发表研究论文所配发的新闻图片。