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2019年10月16日 科普科幻青年之星

北京时间2019年9月13日,我国大型天文科普场馆——上海天文馆完成首次亮灯,喜迎中秋佳节。是时,天文馆数道灯带齐放光芒,闪耀临港。受邀观看此次亮灯仪式的人群中有一位特殊的嘉宾,她曾是校准我们日常所使用的北京时间的带头人,建立上海天文馆的倡议者——中国科学院院士叶叔华先生。

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中国科学院院士叶叔华

一、浩瀚星河 矢志不渝

1945年,叶叔华以理学院第一名考入中山大学数学天文系,从此与天文结缘。

1951年,叶叔华自荐进入中国科学院紫金山天文台徐家汇观象台工作,成为那里的第一位女性工作人员。而彼时的上海徐家汇观象台仪器设备早已年久失修,常有故障,工作的精度常常居于世界末位,影响到当时蓬勃开展的全国测绘工作。1954年,国务院命令科学院做好时间工作,次年就从紫金山天文台派来骨干,主持徐家汇观象台工作。1956年到1957年增添了新型天文测时设备和高精度大型石英钟组之后,工作迅速提高,时号发播精度已达国际先进水平。

1957年秋,科学院召开时间工作会议,决定在中西部新建大型授时台(现在西安的国家授时中心),以及建立中国的综合世界时系统,后一个任务就由叶叔华承担。当时,设在巴黎的国际时间局,作为全球世界时标准,有39个天文台参加;苏联系统有14个天文台参加,徐家汇观象台都参加该两系统的合作。

1958年初,当时只有紫金山和徐家汇两个台做天文时间观测工作,叶叔华和小组成员经过几个月的试验,终于找到合适小系统能保持稳定的方法。1959年开始出版中国综合世界时系统的公报。经过几年努力,武汉、北京和陕西的天文测时相继参加合作。1963年起,中国综合世界时的精度已经超过苏联系统。1965年经过国家鉴定,由国家科技部公布作为中国的世界时基准,供各方面使用。

60年代,美苏争作探月竞赛,对时间工作要求更高,而发展的激光测月、激光测人造卫星,以及甚长基线干涉(VLBI) 和GPS等技术,都把天文测时精度提高百倍以上。叶叔华特别注重VLBI,因为这可用于天文的多个领域。她提出在中国建立上海、乌鲁木齐和昆明的VLBI三站网,得到中国科学院的支持,并在1987年和1994年分别建立上海和乌鲁木齐两个站。原定的昆明站,因经费无着未能建成。

1978、1979年,叶叔华分别带团出访法国和美国,开展了多项合作,培养了新技术从研制、运行,到数据处理的全套人员。她担任台长后,还开展了中日高空气球越洋观测,中美、中日多项天文合作,承担世界时新老技术比较国际合作等项目。经过比较,新技术比老技术提高近百倍。

国际间达成协议,从1988年起,世界时测定全部采用新技术,原来的经典观测全部废止。当年若不开展新技术工作,中国世界时服务将全体崩溃。世界上原来的天文测时工作大都停止,几年之后有一些转为测星表的工作也都停止。上海天文台由于建设了激光测人造卫星、VLBI和GPS设备,被选为亚洲唯一的地球参考基准站,直到近年才有其他亚洲站参加。

新技术不但提高世界时的精度,还能测定地壳运动。1991年,叶叔华联合中国科学院、国家地震局、国家测绘局和总参测绘局的专家,共同承担国家攀登项目“现代地壳运动和地球动力学研究”,由她担任该项目首席科学家,为期10年。

1994年,叶叔华发起成立“亚太空间地球动力学”(APSG)国际合作计划,这一计划是利用高精度空间大地测量新技术,如VLBI、GPS和SLR(人卫激光测距)等监测亚太地区的现代地壳运动,进而研究与地壳运动有关的自然灾害,如地震、火山爆发等的发生机制……该项目组织多国科学家交流和合作,直到近年才结束。

进入新世纪,叶叔华和上海天文台同仁参与了我国的“嫦娥工程”。2007年,“嫦娥一号”卫星发射升空,卫星飞向月球时会进行变轨,需要精确测量从而精确计算出运行轨道。当时我国的精确测距范围最远只达到8万公里,而月地之间的距离大约为38万公里。实现精确测量的重担落在上海天文台所有人的肩上,他们利用VLBI技术,圆满完成任务。

2008年初,上海市领导接见有关单位人员,叶叔华借此促成了中国科学院与上海市合作建设65米口径射电望远镜项目。2012年,该望远镜于上海佘山正式落成,名为“天马望远镜”,天马性能居于世界第三,能支持探月和今后的深空探测任务,并且为我国天文学研究提供重要设备支撑。

直至今日,精神矍铄的叶叔华院士仍在天文大厦她的办公室忙碌,以她特有的阅历、经验和能量为国家天文事业的发展不遗余力。她说:“这早已成为我生活的部分,成为我人生的部分了。”

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本文作者李品保正在采访叶叔华院士

二、奉献社会 伟大无我

叶叔华潜心于天文事业研究的同时,还是一名热心社会科普事业的“志愿者”。

1957年,北京天文馆建成开放,这是新中国第一座大型天文馆,为广大公众带来了许多新奇知识。上海天文界也希望建天文馆,于是向国务院申请。

1974年,国务院批复同意在上海建天文馆,设在上海天文台旁边。上海选拔了一批年轻人到北京师范大学培训。由于国内经济百废待兴,经费困难,这一计划迟迟没能执行。

以后的几十年里,叶叔华不断找机会向上海市领导反映建上海天文馆的事。经过不断努力争取,2014年初,上海天文馆终得以立项,作为上海科技馆的分馆。2016年11月8日在南汇临港奠基并正式开工,2019年9月13日场馆建安工程基本竣工并首次亮灯。预计2021年,这个目前全球体量最大,不仅能让人了解基本的天文知识,而且能让大家知晓国内外最新的天文研究与发现的天文馆将建成开放。

为什么一心想建这样一个天文馆呢?接受采访的叶叔华说:“天文现在每隔半个月都有新发现,而这些都值得科普给社会大众,天文馆是很好的平台。”她还补充说,“人们去华盛顿游玩,除了看那些纪念碑和纪念馆之外,还能游览很多的科普场所,去了一天都玩不完。上海,乃至中国都需要多建立一些科普馆给人们参观,因为这对人的宇宙观、人生观有很大影响。人的一生应该多做有意义的事。”

谈到日前亮灯的上海天文馆,叶叔华欣慰地说:“四十多年了,到底还是弄出来了!”

叶叔华还特别关注青少年的发展,她说:“我已经老了,未来是他们的。”

1997年3月,古稀之年的她担任领队,带着一群青少年和天文爱好者到我国东北角的漠河观测日全食。归途中她突发高烧,但仍然坚持出席联欢会,令大家非常感动,孩子们都亲切地称她为“叶奶奶”,希望长大后也能成为像“叶奶奶”一样的科学家。

2015年6月11日,“小学生对话中国院士”活动于上海交通大学钱学森图书馆序厅内开展,叶叔华和百余名小学生一起进行了一场充满科学和趣味的头脑风暴。叶叔华与孩子面对面,用睿智而意趣横生的话语将天文知识深入孩子的生活点滴,她鼓励小朋友们从小打好扎实的基础,将来能为中国科技事业贡献一份力量。

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本文指导老师、上海科普作协江世亮与叶叔华院士合影

三、星路漫漫 上下求索

“我现在还想奋斗两个项目,把这两件事做好了,中国的天文学在世界上算不错了。”叶叔华做着手势,眼神中透着坚定的神采。

第一件大事与SKA(Square Kilometre Array,平方公里阵列射电望远镜)有关。2019年3月12日,中国作为7个创始国之一签署了SKA政府间合作公约,这是天文界最大的国际合作项目。

SKA的观测基地有两个,一个在南非(中频),包括2500个15米口径望远镜;一个在澳大利亚(低频),包括300多万个单杆望远镜。为什么要做中、低频的呢?叶叔华说:“因为宇宙大爆炸早期,从宇宙大爆炸到开始有星体(称为宇宙黎明)都在这个频率范围。这一技术将有助于我们在这方面的观测研究。”

SKA科学数据量十分庞大,将超过互联网迄今产生的所有数据。因此需要在全球建设4到5个区域性科学数据中心,接受观测基地送来的海量数据,处理成为天文学家能用来寻求科学结果的形式,供研究之用。中国作为该科学计划的创始国之一,明确表达了承建SKA数据区域中心的意愿。

叶叔华说:“我最近5年就在争取中国建东亚区域性科学数据中心。”在中国建设和运行SKA数据中心是确保中国参加SKA获得科学回报的必要条件,也是对中国科学家牵头SKA科学项目的强大支持,是我们实现从“跟跑”跨越到“领跑”的关键环节。

“上海天文台拥有很好的条件:我们参与了澳大利亚的一个实验计划,拿澳大利亚的数据在天河二号上走通过;我们造出了世界上第一个SKA科学数据处理原理样机;我们聘请了SKA中国首席科学家武向平院士担任上海天文台SKA项目的领导。”叶叔华说,“我已经为中国在SKA有一席之地竭尽全力。”

第二件大事是深空探测。无论是SKA、FAST还是天马望远镜,这都是基于地面开展的观测,而叶叔华想要将望远镜移到太空,开展更宽广的探索。

FAST是世界上迄今最大的单口径射电望远镜,但追踪范围有限;天马望远镜是国内最大的全天可动射电望远镜,但不能完全排除地面干扰。2019年1月24日,FAST与天马望远镜首次成功实现联合观测,获得VLBI干涉条纹,有望提升我国VLBI网在特定波段的灵敏度。

“能更进一步提高灵敏度、分辨率的水平吗?”“能!”叶叔华说,“我和上海天文台同仁提议在太空放置两个30米口径的射电望远镜,这样就能观测整个天空,方便追踪并能避免地面常见的干扰;还可以跟地面上的大望远镜例如FAST联合;这个空间项目技术在中国就能实现,不需要去求别人,这也是对SKA项目的重要补充。” 这样就能让科学家们开展更高灵敏度、高分辨率的射电天文观测。

这就是耄耋之年的叶叔华仍想完成的两件大事。用她的话讲,“这绝不是靠我一个人的力量就能完成的,而是整合整个上海天文台乃至国内科技界的力量才可能做到的事情。在此过程中,可以为中青年人争取更多参与国际竞争的机会,为青年人成长铺路……尽我的力量,让这两件大事真正落地。”


作者李品保系中国科普作协科普科幻青年之星(上海)培训班学员,上海师范大学科学技术哲学专业在读研究生。受中国科普作协委托,上海科普作协江世亮联系约定此访,并在9月28日陪同李品保一起到上海天文台采访了叶叔华院士。此稿已经叶院士本人审改认可。



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