孙义燧

孙义燧，1936年12月20日出生于中国江苏省南京市，浙江瑞安人，天体力学家，中国科学院院士，南京大学天文与空间科学学院教授，博士生导师。现任中国科学院数理学部副主任，中国科学院学部科学道德建设委员会委员，^[3][9][11]中国国家重点基础研究发展规划“非线性科学中的若干前沿问题”项目首席科学家。^[2]

1954年，孙义燧考入南京大学天文系，就读天体力学专业。^[9]1958年，孙义燧毕业后留校工作，从事“摄动理论”的教学工作。^[12]改革开放后，孙义燧被公派出国学习。在法国尼斯天文台学习交流期间，孙义燧的研究领域发生转变，由较为传统的天体力学定性理论转入当时迅速发展的非线性天体力学。^[13]回到中国后，孙义燧和程崇庆合作，在数学上严格证明自己在法期间发现的二位不变环面，并于1990年将其发表在《Celestial Mechanics^[注1]》上。这个成果引起国际上数学家们的广泛关注和持续引用。^[14][13]1997年，孙义燧当选为中国科学院院士。^[15]21世纪初，孙义燧与谷超豪等9位温州籍院士共同倡议创办温州大学。2006年，温州大学与温州师范学院合并成为新温州大学。次年，孙义燧受邀担任温州大学城市学院名誉院长。^[10]2015年，孙义燧当选为南京大学学术委员会副主任委员。^[16]

孙义燧在天体力学基础理论方面进行长期研究，其工作涉及天体力学定性理论和非线性天体力学。在三体和多体问题中，他彻底解决了天体中三体轨道形状的空间位置变化范围问题；在非线性天体力学领域中，孙义燧首次在国际上证明了即使没有哈密顿结构的近可积保守系统也具有充足的不变环面，这一结果全面否定了保守系统拟遍历猜测，在国际天文学界引起了广泛关注。此外，孙教授还将他的研究成果应用于彗星等天体的运动特性中，确定了彗星运动中有界混沌区的临界参数值。^[8]2010年，为表彰孙义燧在天体力学和非线性动力学方面作出的贡献，国际小行星中心将中国科学院紫金山天文台发现的国际编号为185640号的小行星命名为“孙义燧星”。^[17]

1936年12月20日，孙义燧在南京出生。因日本人即将侵犯南京，他随家人迁到了浙江瑞安老家，在那里度过了童年。1944年，孙义燧小学二年级，为躲避战乱，他随父母来到了浙江泰顺。一年后抗战胜利，孙义燧又回到了瑞安。后来，他以第一名的成绩进入了瑞安中学春季班。那时学校的实验室向学生开放，他根据自己的好奇心去尝试设计了一些简单的实验。通过这些实验，他不仅学到了新知识，还培养了好奇心，对他日后的科学研究产生了很大影响。^[9]

之后，在几何课老师唐敬庵鼓励下，孙义燧初中未毕业就提前考取了高中。高中时期，经数学和物理老师张德坤的教导，他对数学和物理产生了很大兴趣。高三时，孙义燧在老师张德坤的建议下，报考了南京大学天文系。1954年，孙义燧考入南京大学，在天文系就读天体力学专业。^[9]

1958年，孙义燧毕业后留校工作，给学生上“天体力学”课程，之后又从事了“摄动理论”的教学工作。由于孙义燧的研究工作是在“文化大革命”结束后才真正开始的，这之前的几年，他做了一些进入研究工作的准备。^[12]

改革开放后，中国预备派遣大批科技人员出国访问学习，孙义燧也成为了被公派的候选人之一。那时被派遣出国需要经过统一的英语考试，而他在考试的前两周才得知消息，根本没时间准备。考试时，孙义燧凭借平时看英文文献的直觉去答题，最终通过了考试。之后在上海外国语学院进行外语培训，那时孙义燧已经40多岁了，学习外语很吃力。到了法国后，他经常和当地人吃饭聊天，这对提高他的法语水平有很大的帮助。在法国尼斯天文台学习交流期间，孙义燧的研究领域发生了转变，由较为传统的天体力学定性理论转入了当时迅速发展的非线性天体力学。除了原来的理论方法，孙义燧还开始利用数值方法进行研究，尽管研究领域和研究方法发生了变化，但凭借在大学期间打下的扎实基础，孙义燧很快就适应了新的领域，并与法国同行合作取得了不错的成果。^[13]

1981年10月，孙义燧回到中国。在一次国际会议上，他向KAM定理^[注2]的三个贡献者之一的Moser介绍了自己在法期间发现的二位不变环面的过程，以及如何证明这个结果的一些想法。后来，孙义燧和程崇庆合作，在数学上严格证明了这个结果，并于1990年将其发表在《Celestial Mechanics^[注1]》上。这个成果引起了国际上数学家们的广泛关注和持续引用。^[14][13]

1993年2月，孙义燧担任南京大学研究生院院长。^[18]1997年，孙义燧当选为中国科学院院士。^[15]21世纪初，孙义燧与谷超豪等9位温州籍院士共同倡议创办温州大学，并得到了市政府的重视。2006年，温州大学与温州师范学院正式合并，形成了新的温州大学。次年，孙义燧受邀担任温州大学城市学院的名誉院长。^[10]

2015年12月15日下午，孙义燧应邀做客南科大讲堂第48期，给南科大师生带来一场题为“从万有引力定律的发现到航天动力学的发展”的讲座，他为师生们详细介绍了中国过去几十年来已成功进行的航天任务，还分析了航天器的运行历程。^[19]

孙义燧的研究方向是最基本但非常困难的天体力学定性理论中的三体（N体）问题，类似于流体力学中的湍流问题。^[20]他与C. Marchal等学者合作证明了对于具有相同的三体质量和角动量常数的三体系统，三体椭圆Euler特解（即共线特解）对应的惯量矩的最大下界等于所有有界运动惯量矩的最大下界。他们还首次提出了第三“孤立体”的概念和存在条件，并得出了在具有负总能量且总动量矩常数不为零的三体系统中，第三“孤立体”的向径、速度和加速度的变化规律以及逃逸速度。孙义燧还与陈翔炎等人合作，他们确定了给定三体位置时，三体相对于不变平面的轨道倾角和纬度、任两天体的轨道夹角、瞬时椭圆的半长径和偏心率，以及轨道升交点经度的变化范围。同时，他们还给出了三体运动的Euler特解对应这些轨道参数（此时轨道升交点经度没有定义）变化的最大和最小范围，证明了这一范围即为所有三体运动轨道参数变化的最大和最小范围。所得结果是充分且必要的，解决了对给定三体位置时，三体轨道变化范围的问题。^[3]

20世纪80年代以前，针对只具有保体积性质而不具有哈密顿结构（辛结构）的保守系统，既没有理论上的结论，也没有数值上的结果。孙义燧首先研究了近可积三维保体积映射这种不具有哈密顿结构的保守系统，发现在椭圆型不变闭曲线领域内存在大量的二维不变环面和周期不变曲线，并使用平均方法进行了理论解释。这些二维不变环面具有两个重要性质：一是“结构稳定性”，即在小扰动范围内总是存在大量的二维不变环面；二是阻止了遍历运动。随后，他与程崇庆合作，对上述发现进行了严格的数学证明。这一结果（定理）的重要意义之一是直接否定了保守系统拟遍历猜想，因为二维不变环面将三维空间分为互不连通的两部分。^[3]这个成果引起了国际上数学家们的广泛关注和持续引用。^[13]学者M. Hennan还根据这一定理否定了动力系统中关于保体积映射非零Lyapunov指数的猜测。^[3]此外，孙义燧还首次将保守系统的映射方法推广到近保守系统，提出了构建这类系统映射的思路和方法。^[8]

孙义燧还将他的研究成果应用于彗星等天体的运动研究中，发现了一些天体运动中的复杂现象。他确定了彗星运动中有界混沌区存在的临界参数值，并得出了彗星由彗星云形成的条件。^[8]

截至2020年，孙义燧发表了学术论文百余篇、出版著作四部：^[15]

孙义燧曾任南京大学研究生院院长，国际天文联合会天体力学专业委员会委员，国家“九·五”攀登计划和“十·五”重点基础研究发展计划（“973”计划）首席科学家，国务院学位委员会（物理学、天文学）学科评议组召集人；现任中国科学院数理学部副主任，中国科学院学部科学道德建设委员会委员，全国博士后管委会（物理学、天文学）专家组召集人之一，国家自然科学基金委员会数理科学部专家咨询委员会委员等社会兼职，以及多所院校的名誉教授、兼职教授^[注3]。^[11]

1979年9月至1981年10月，孙义燧赴法国尼斯天文台进修。^[14]

2016年9月，由中国科学院紫金山天文台和南京大学天文学院提议，40多位专家齐聚紫金山天文台，召开了“12米望远镜的科学研讨会”。会议开始，孙义燧和南京天光所的崔向群分别介绍了12米光学望远镜的意义。^[35][36]2018年6月，第四届“基本天文学现状与未来”学术研讨会召开，孙义燧作为会议科学组织委员会成员出席该会议。^[37]次年1月20日，孙义燧参加了中科院行星科学重点实验室在南京召开的第二届学术委员会第二次会议。^[38]

孙义燧曾培养4名博士后^[注4]，多名博士以及研究生。^[14]孙义燧曾强调，出国学习的重点不仅仅是获取知识，还需要学习领域的前沿动态、学习优秀学者的工作方式，以及积极拓展人脉关系。他常常教导学生，研究创新不应按部就班，而是要不断追求“新”，才能真正地创新。^[39]

温州新闻网评价：孙义燧教授在天文学方面所作的突出贡献，受到国内外学术界的广泛关注。^[42]

中国科技协会评价：孙义燧院士在天体力学、非线性动力学方面成绩卓著，特别是他与程崇庆教授一起证明了余维一不变环面的存在性，产生了深远影响，是一位学术地位崇高、学术成果丰硕、学术影响广泛的科学先驱。^[43]

2010年7月26日，为表彰孙义燧在天体力学和非线性动力学方面做出的贡献，经国际小行星中心、国际小行星命名委员会批准，国际小行星中心将中国科学院紫金山天文台2008年3月1日发现的国际编号为185640号的小行星命名为“孙义燧星”。同年12月6日，南京大学举行了“孙义燧星”的命名仪式。^[15][17][43]