"北京时间"标准创立者:92岁仍在岗,为2070年奔忙

2019-04-04 06:02:47 来源: 科学大师 网易号 举报
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网易科技重磅推出全新系列栏目《科学大师》,汇聚顶级科学家,畅谈科学愿景,分享科学智慧。本期上线《科学大师》第二季第05期,上线天文学家,中国科学院院士,中国科学院上海天文台研究员。中国第一位女天文台台长叶叔华。

北京时间标准创立者:92岁仍在岗,为2070年奔忙

出品|《科学大师》栏目

文章|彭丽慧

人物简介

叶叔华,生于1927年,天文学家,中国科学院院士,中国科学院上海天文台研究员。中国第一位女天文台台长。

长期从事天体测量和天文地球动力学研究,1957年受命组建中国世界时综合系统,精度达到世界排名第二;20世纪60年代后期起,开始研究运用新技术测定地球自转运动和地壳的运动方法;牵头建立了与世界同步的甚长基线射电干涉网建设,为嫦娥卫星保驾护航;90年代开拓天文地球动力学研究,发起成立了“亚太空间地球动力学”(APSG)国际合作计划。

研究成果曾获全国科学大会和中科院重大成果奖,中科院科技成果一等奖、国家自然科学二等奖等。

以下为正文

3月23日,周六。《我是科学家》活动如期在中国科技馆举行,叶叔华院士在上海远程视频,作了一堂近50分钟的演讲,她说自己还想做两件事,一件事是,想在中国建立一个平方公里阵列射电望远镜(SKA)项目的地区中心,另一件事,是想向太空发射两颗VLBI卫星,使他们的FAST大口径望远镜能够在中低频范围内开辟新科研的疆界。

全场演讲,92岁的叶院士一直站立在投影屏边演示讲解,未作间歇休息。尽管隔着视频远在上海,但北京现场掌声阵阵,对叶院士的长者风范表示敬意。

按照叶院士的构想,这两个项目要完全落地实施,已经是2070年的事情。叶院士请在座的听众放心,她说,相关技术,中国已经基本上可以完成,是可行的。

“我今天心理上非常怯,结果我是看不见了,”叶院士对听众们说,希望在座的青年和中青同志,多多努力,“我只能在这里敲锣打鼓、摇旗呐喊了。”

中国科学院高能物理研究所研究员张双南与叶院士多有合作。他介绍,叶院士如此高龄还在为天文科研奔波操持。2003年,上海天文台和上海市等机构决定为中国申办天文界的“奥林匹克”——国际天文学联合大会,叶院士要张双南撰写申办报告,结果没有成功。

叶院士给他打气,今后再战。2006年,再一次申办,叶院士还要张双南来做这个报告,还没有成功。经过中国天文学会的努力,如愿,2012年终于在北京举办了国际天文学联合会大会。

人们通常称叶叔华为“先生”。在中国,名字上能被冠以这个敬称的女性长者,并不多。这个称谓,在中国式语境里,指代的不仅是女性的高寿,通常更代表了才华学识,以及某种出众的气质。

大多数非天文学界的公众,对她的名字可能会感到陌生,但是,中国人谁也摆脱不了和她的科学创举的联系,事实上,我们每天都生活在由她创立的标准时间——北京时间之中。早在1965年,由叶叔华主持筹建的中国“精确授时”系统,即已正式通过国家鉴定,作为时间基准向全球发布。

叶院士为科学事业的那种执著,给张双南留下深刻印象。2018年夏天,国际天文学联合会第30届大会在奥地利维也纳召开,叶院士亲自率团参会。期间本来团队里大家约好了要去下馆子,吃当地著名的炸猪肘子,结果等了老半天,人都没到齐。张双南从姗姗来迟的同事那里才了解到,是叶院士当天临时要求加一场报告,拖了堂,耽误了大家吃猪肘子。

那天加的报告,与这次“我是科学家”远程演讲的主旨一致,就是讲她还想要做的上述两件事。

一、深空中,有一颗“叶叔华星”

叶叔华院士已坚守天文科研六十余载,虽已迈入鲐背之年,但叶院士依旧每天都到上海天文台的办公室工作。

1951年,叶叔华进入上海徐家汇观测站工作,在徐家汇观象台一间半地下室里,开始了她的第一份任务——观测和计算“时间”。以前的她认为天文工作有趣且浪漫,等真正上手之时,才体验到单调枯燥的一面:观测到半夜甚至凌晨是常事,然后再走半小时才能到家。

上世纪50年代,全国没有一张标准地图,很多省份都没有精确测量过。

1958年,中国提出建立自己的时间标准系统,叶叔华成为主要领头人,但一开始她的心里没底。而经过团队的努力,到了1964年,中国的世界时系统精确度与国际时间局计时系统相差无几,排在世界第二位。

1965年,中国终于结束了依靠全球合作以及苏联系统提供的时间标准。

在承担这项工作时,叶叔华刚刚31岁,结束时,她已经38岁。

此后几年,中国天文研究停滞不前,世界技术却日新月异。等到1970年,叶叔华在图书馆查阅国外最新天文进展时才发现,由于美苏的空间竞赛,精准度比以前提高了几十倍。这也使她的内心受到巨大的冲击。

甚长基线干涉测量(VLBI)激光测距等空间技术使测量精度进步好几个量级,这些技术也受到了她的关注。

在叶叔华和团队的努力下,中国于1979年建成6米射电望远镜,并开始参与国际一系列国际联测。而在1981年10月叶叔华担任上海天文台台长后,VLBI项目也正式启动。

努力从事科学事业,却苦于“囊中羞涩”是当时的中国科研界的现状,刚起步的中国天文事业也不例外。在叶叔华的印象中,研制氢原子钟时,本来要求恒温的实验室都没有钱开空调。为了建造25米的射电望远镜,她跑到当时的第四机械工业部询问一位处长,却被一口否决。

“在已经被拒绝的情况下,我在他的办公桌前站了十五分钟,最终见到了部长,得到支持。”回忆起那段历史,叶叔华坦言这个举动是受到东周列国“申包胥哭秦庭”的启发。

在几十年后,叶叔华的坚持得到了证明,在探月工程中,VLBI测量系统发挥了重要作用。

与此同时,上世纪90年代起,叶叔华开拓天文地球动力学研究,负责“现代地壳运动和地球动力学研究”攀登项目,发起“亚太空间地球动力学”国际合作项目。该研究首次建立了中国天文的完整图像,并成功预测了厄尔尼诺灾害,第一次清楚地测定了中国的地壳运动,掌握了地壳运动剧烈的分布区域。

北京时间、亚洲第一的射电望远镜——天马望远镜、现代地壳运动和地球动力学研究、VLBI网等一系列天体测量和天文地球动力学研究成果,都离不开叶叔华的努力。

1994年,紫金山天文台同仁把天空中一颗编号为第3241号的小行星命名为叶叔华星。

二、第一件心愿:在上海建立一个SKA数据区域中心

经过几十年的发展,中国的天文研究不仅早已和国际接轨,也在积极参与多个国际合作的天文项目,其中SKA项目是叶叔华最重视,也是最念念不忘的。

SKA是现今最大的天文合作项目,项目开始于上世纪末,是中国参加的第二个国际合作大科学工程。今年3月12日,中国作为七个原始发起国之一,在罗马签署天文台公约,这也标志SKA项目正式开始。

SKA全称平方公里阵列射电天文望远镜(The Square Kilometre Array)。作为世界最大综合孔径射电望远镜,SKA是由包括中国在内10多个国家共同参与的全球大科学装置。

据叶叔华介绍,SKA最终将建设2500面反射面天线和一百多万个低频天线,分布在澳大利亚、南非及非洲南部8个国家约3000公里的广袤荒野中,总接收面积达1平方公里,将形成世界最大阵列式射电望远镜,可以用于研究一些天文学领域的未解之谜,如检验相对论和引力理论,生命烛光以及地外文明,宇宙磁场,宇宙黑暗时期和宇宙黎明,星系以及各级天体的形成,宇宙学、暗物质、大尺度结构,探索未知世界等。

SKA总部设在英国,SKA望远镜的两个台址国分别为澳大利亚-西澳大利亚莫奇森郡和南非-南非台地高原地区,数据从这两个地方产生后,再分发到各个地方,所以这要求有区域中心来接收庞大的数据信息,然后区域中心再把数据传到需要用的地方。

SKA能产生多少数据?叶叔华给出了一个答案,2027年开始,SKA每年输出600PB数据,2030年之后数据量增加十倍。

“现在我们全世界用的所有数据加起来都不及它的十分之一,而且后面还有增加。”因此,她希望,能在上海建设一个区域性科学数据中心。“这个区域性科学数据中心,不限于中国,甚至不限于亚洲,而是亚太地区的数据中心。”

在她的预想中,SKA数据中心不应该只是在上海,应该扩散到全国更多的地方,各地天文工作者成立一个数据处理小组进行研究,每年或者每几年组织召开全国性的大会,为中国争取更好的研究结果。

叶叔华希望2500台SKA都归中国制造。“要是都归中国造的话,我们交的费用都可以回来,也许可以有盈余了。”但是她也坦言,这个想法并不见得太合理。也许未来会分成几个国家一起来承担。

好消息是,由中国电子科技集团公司第54研究所研制的望远镜已经经过SKA项目组织验收。“证明还是很好的一个设计。以后会采用的。”叶叔华开心的说。

SKA是一个过程很长的项目,两个台址的望远镜阵列计划在2030年左右开始完全运行。在叶叔华看来,这个项目需要持续到2070年左右,能参与到其中对中国而言是好事。因此她希望各位年轻的同志甚至儿童将来都能承担起这个任务及责任。

三、第二件心愿:让VLBI从地面走向空间

2019年1月3日,“嫦娥四号”实现了人类探测器首次在月球背面软着陆。这里面也有叶叔华及其团队的贡献。

这也证明在中国建设VLBI测量网的决策是正确的。

几十年前,在叶叔华的带领下,上海天文台规划了中国VLBI网的概貌:新建乌鲁木齐VLBI站及25米射电望远镜,改建昆明10米射电望远镜为VLBI站,升级上海25米射电望远镜及数据处理中心,这也使得中国天文界在甚长基线干涉测量技术 上,迅速赶上了国际天文研究的步伐。

有媒体评论,“这让上海天文台和中国天文界,迅速赶上了上世纪八九十年代国际天文从经典观测转向空间观测的潮流。”

根据官方解释,VLBI网是测轨系统的一个分系统,它目前由上海25米、北京50米、昆明40米和乌鲁木齐25米的4台射电天文望远镜,以及上海数据处理中心组成。分辨率相当于口径为3200多公里的巨大的综合望远镜,测角精度可以达到百分之几角秒,甚至更高。

不过由于国力所限,当年中国只能支持建造2台射电天文望远镜。这在叶叔华眼里已经是很了不起了。

上世纪90年代,国家酝酿“探月工程”,“嫦娥一号”的变轨成为一大难题,探月卫星飞向月球时会进行变轨,尤其变轨之前与变轨之后,更需要精确计算运行轨道,而精确计算的前提是精确测量,叶叔华及其团队自动请缨提出用VLBI网对“嫦娥一号”进行测轨。

“我们自告奋勇承诺10分钟之内,完成VLBI测轨任务,最后我们做到是平均六分钟,后来在‘嫦娥四号’的任务中,1分钟就能完成测轨。”

为更好地发挥VLBI网的作用,叶叔华提出建造65米的望远镜,成为中国科学院和上海市共建计划。2012年,上海天马65射电望远镜落成,这一年,叶叔华已经81岁了。

随后,上海天马65射电望远镜在深空探测和天文研究中发挥了很大作用。2012年,参与并成功完成嫦娥二号卫星在深空约700万公里飞越小行星“图塔蒂斯”成像探测再拓展任务。2013年作为主力测站,全程参与了嫦娥三号的VLBI测定轨观测,2014年嫦娥五号飞行试验器的VLBI测定轨任务,此外,更在国际VLBI网中发挥着主将作用。

叶叔华介绍,VLBI技术能够支撑航天器到火星、木星、小行星甚至到太阳系边缘。“美国去探测冥王星的时候,我们就也在探测,结果都还有讯号,都还成功。”

现阶段许多科学家都在探索宇宙黎明时期,而研究这段时期需要用到低频射电。那既然用低频射电,为什么我们不可以到空间去?

叶叔华的第二个心愿就是,让VLBI从地面走向空间。简单来说,在距离地球9千公里外的太空,建两个30米口径的射电望远镜,这两个望远镜可以跟地面上的大望远镜和FAST、SKA进行组合,也可以自己联系起来,开创空间低频射电新领域。

“这个技术我们国家基本上可以完成,所以希望以后国家强盛,有更多的钱后能得到支持。”叶叔华认为这对中国射电天文走向世界会是一个很好的贡献。

四、不知道自己星座的天文学家

“92岁还能做什么呢?只能说我们给年轻同志搭舞台。”

叶叔华院士说,她的心愿是希望中国天文科学也能从跟着人家跑到并排跑再做到领着人家跑。她提到,中国目前在500米口径天文望远镜(“天眼”)技术上,确实实现了国际领先,但认为这仍然不够,应该有更多的天文项目实现国际领先。

“尽管我是这么老了,大家都不讨厌,比刘姥姥还老的一个家伙,来给大家胡说八道。”叶院士平静而风趣的语气中,又蕴含着一股豪气,“ 要做到一些人家还没有做到的事情,我们应该做到,我们可以做到。”

媒体报道,叶院士现在每天跟普通职工一样会到上海天文台上班,中午去食堂排队吃饭。眼睛有些老花,阅读最新科技文章时,她就用放大镜。

有记者采访她,她扯着身上穿的衬衫说:“这是我几年前在城隍庙小店买的,好几件衣服一起,很便宜。”

为了表彰她的科研贡献,1994年,经国际天文学联合会有关委员会批准,南京紫金山天文台将新发现的3241号小行星命名为“叶叔华星”。

有趣的是,资料上说,跟星星打了一辈子交道,叶叔华却不知道自己是什么星座。

有人问到她这个问题时,她答:那都没用。

在她眼里,最有价值的事情,始终是她的老本行——天文研究。

援引及参考资料:

SKA中国官网、广州日报、解放周末、新华社等。

《叶叔华:建立北京时间的女天文科学家》

《没有她,就没有现在精准的“北京时间”》

《用了这么久的北京时间,原来是她建立的》

《叶叔华九十华诞:夜空中一颗小行星》

延伸阅读
郭浩 本文来源:科学大师 责任编辑:郭浩_NT5629
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