隨想 物理

物理學家:Nigel Oscar Weiss

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撰文者:Michael Proctor, and John H. T。譯者:徐麗婷
發文日期:2021-06-24
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  • 奈吉·奧斯卡·懷斯(Nigel Oscar Weiss)是位天文物理學家和應用數學家。他在磁流體動力學(magnetohydrodynamics, 縮寫為 MHD) 與太陽磁場上的貢獻,奠定了人類理解這個領域的理論基礎。奈吉於2020年6月24日在英國劍橋去世。
     
    截圖 2021-06-23 下午2.24.48



    1936年12月16日,奈吉出生於南非約翰尼斯堡(Johannesburg)。他曾就讀於南非納塔爾(Natal)的希爾頓學院(Hilton College, 他所討厭的學校),後來轉學到英國的拉格比中學(Rugby School, 他所喜歡的學校)。 奈吉在劍橋大學克萊爾學院(Clare College, Cambridge University)主修自然科學。他在劍橋的研究所工作,是由地球物理學 Edward Bullard 所指導。 奈吉一開始是從事地震學的現場工作,但很快地,他就轉而從事磁流體動力學的理論工作。而他的論文就是研究可變的磁流體運動。


    在獲得博士學位之後,奈吉加入了牛津郡新設立的庫翰實驗室 (Culham Laboratory),並且在這裡寫出了他的經典期刊論文。這篇論文中指出,在一連串平流和擴散渦流的綜合效應中,磁通量會從渦流的核心中被排除,並且在渦流的邊界產生一個集中的磁場。 這項工作所發展出的穩定的數值離散模式是個開創性的成果。奈吉在往後的研究中,也廣泛地使用了這些模式。


    1965 年奈吉回到劍橋大學,擔任應用數學和理論物理系 (DAMTP) 的講師。 Thomas (本文作者之一) 在 1966-67 年間,曾是 DAMTP 的博士後研究員。他在求解 MHD方程的數值方法上,得到了奈吉睿智的建議而且獲益良多。 奈吉一直留在 DAMTP 度過他往後的職業生涯,1979 年成為准教授 (此職位在英國介於正教授與副教授之間),1987 年成為數學天文物理學教授,並且在退休後成為榮譽教授。


    在奈吉的整個職業生涯中,磁對流(magnetoconvection)一直是他很感興趣的主題。所謂「磁對流」即是指在磁場中導電流體的熱對流。 他與他的學生和合作者以新的理論想法,增廣了我們對於磁對流的知識。這些理論想法來自於當時很活躍的混沌理論、以及日益複雜的數值模擬。 他們增加了非線性效應和流體壓縮性,進而把這樣的磁對流理論應用在太陽表層的磁場研究上。 這項工作的成果集結於奈吉在 2014 年所發表關於磁對流的專論裡,Proctor (本文作者之一) 則是此專論的共同作者。 奈吉的工作大大的增進了人類對於「磁流管中強間歇磁場與周圍對流之間複雜的動態交互作用」的了解。


    奈吉對於太陽黑子特別感興趣。因為在天文物理領域中的太陽黑子,或許是人類觀測磁流體動力行為的最佳「實驗室」。  1970 年代,他與 Friedrich Meyer、Hermann Schmidt 和 Peter Wilson 合作研究了對流對於太陽黑子形成和衰變的影響。曾與奈吉在太陽黑子的主題上有多次合作經驗的 Thomas 說:「我們一起籌辦與太陽黑子相關的北約 (NATO) 研討會、撰寫回顧論文 (review paper)、並且出版了專論《太陽黑子和恆星黑子 (Sunspots and Starspots) 》(2008 年)。 我們也與 Nicholas Brummell 和 Steven Tobias 合作,證明了受到太陽米粒組織 (solar granulation) 驅動的磁通量,可以用來解釋太陽黑子的結構和演化特徵。」 儘管奈吉本質上是一位理論學家,但他與太陽觀測一直保持密切聯繫。例如他經常拜訪問沙加緬度峰天文台 (Sacramento Peak Observatory ),也常與 Alan Title 和他在洛克希德 (Lockheed) 的研究小組交流互動 (Alan Title 曾主持多項太空觀測) 。
    奈吉也對發電機理論做出了重大貢獻,他以此理論研究導電流體運動所產生磁場和維持磁場的方式。他是最早藉由低階數學模型來研究發電機混沌行為的學者之一。他將這種混沌行為與太陽發電機和 22 年的太陽磁週期連結起來,特別是關於蒙德極小期 (Maunder minimum) 的發生機制( 從 1645 年到 1715 年) 和其他太陽磁場活動減弱的時期。 他與 Jürg Beer 和 Tobias 一起研究了週期調制的歷史記錄 (以樹木年輪和冰芯中的放射性同位素的變異為數據),並說明這些不規則調制週期可以透過混沌行為的模型來作理論上的解釋。 奈吉和他的妻子茱蒂 (她是英語學者和劍橋大學羅賓森學院(Robinson College)的研究員) 還寫了一篇論文來討論 Andrew Marvell 的一首詩,這首詩是17 世紀後期太陽黑子消失的最早參考文獻之一。  


    奈吉積極地參與劍橋大學克萊爾學院的學術和社交生活,並於 1993 至 1998 年間擔任該大學的物理科學學院院長。他於 2002 年擔任英國皇家天文學會主席,在 2007 年被授予該學會的金質獎章,以表彰他對太陽天體物理學的貢獻。

    作為一個興趣廣泛的人,奈吉大量地閱讀和旅行、熱愛音樂、收藏現代藝術、並且在英國國家美術館的科學顧問委員會裡任職。 他和茱蒂在南非開普敦設立了一個教育信託基金來支持貧困的學生。 奈吉是許多學生和同事的良師益友,他散發著沉靜的權威,而且對自己的成就滿懷謙虛。


    本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today, Nov. 2020 雜誌內 (Physics Today 74, 1, 60 (2021); https://doi.org/10.1063/PT.3.4662)。原文作者:Michael Proctor, and John H. T。中文編譯:徐麗婷博士


    Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates that Physics Today (American Institute of Physics) authorizes Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by Michael Proctor, and John H. T, and is published on (Physics Today 74, 1, 60 (2021); https://doi.org/10.1063/PT.3.4662). The article in Mandarin is translated and edited by Li-Ting Hsu.
     
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