天文界“霸道奶奶”叶叔华指着一件宝贝打趣记者:你们有眼无珠

南丹路80号,上海天文大厦里,有一间看似普通又不普通的办公室。普通,在于它简洁有序的陈设;不普通,在于门口那块牌子上的两个字“院士”。推门而入,一位94岁的老者,正埋头在十几摞书后,伏案阅读科技文献。她不戴老花镜,阅读时泰然自若,沉浸在自己的世界,以至于推门的声音都未察觉。

这位老者,名叫叶叔华,中国科学院上海天文台名誉台长,我国天文地球动力学的奠基人之一。在中国,大家习惯叫她“叶先生”;在国际科学界,人们尊称她为“Madame Ye”;在浩渺的宇宙,小行星3241号被命名为“叶叔华星”。

叶叔华的职业生涯,意味着对世界科学研究最高峰的不懈攀登。1958年,叶叔华挑起了筹建我国世界时综合系统的重担。到了1964年,我们的世界时系统达到世界第二名,1966年初正式作为我国的时间基准向全国发送,这就是后来的“北京时间”。70年代初,她提出了发展VLBI(VLBI,very long baseline interferometry的缩写,简称甚长基线干涉测量技术,就是把几个小望远镜联合起来,达到一架大望远镜的观测效果)的计划,后来在她的努力下,该项目正式启动和推进,并在我国“探月”和“探火”等深空项目中发挥了重要的作用。她不仅在天文地球动力学研究方面,还在“探月”等工程中,功勋显著。

直到今天,叶叔华仍在构想,在距离地球9000公里外的太空,建两个口径30米的射电望远镜;仍在努力着,让中国在SKA项目建设中不缺席。专访的时间是珍贵的,趁着叶先生阅读,我们清挪了桌子上三五样物品,调整机位,待到叶先生坐定,一个有趣的事情发生了。

叶先生突然指着被挪到角落的月球仪打趣道:“你们真是‘有眼无珠’,这才是真正的宝贝。”原来,这个月球仪是探月“铁三角”中国绕月探测工程“嫦娥一号”总指挥栾恩杰、总设计师孙家栋和首席科学家欧阳自远赠送给她的,她一直视若珍宝。

那年,叶叔华正值八十岁,在发射指挥中心,她亲眼见证了“嫦娥一号”卫星发射的历史性一刻。而走出聚光灯下,回归生活,当《新民周刊》记者与叶先生交谈时,我们看到了这位天文界“90后”不按照常理出牌的可爱另一面。

比如,人们通常认为被命名为一颗小行星是件浪漫的事,叶叔华却觉得被命名毫无意义——反而认为小行星们长得像洋芋、山药,外形很丑,是宇宙空间的“废物”。再比如,一些有关“水逆”会预测人的运势之类的谣言,叶叔华觉得很无聊,完全没有科学道理。

有人赞叶叔华是中国天文界最亮的那颗星,她却说:“我只是一粒小小的芝麻,在漫漫宇宙长河中,不值得一提。”

叶先生思路清晰,很健谈,和她每一次公开发言不需要讲稿一样,按照采访提纲事先准备好回答,也不是她的风格。叶叔华说,天文学并不枯燥乏味,但少年时代的她还不知道这门学科到底意味着什么,也从来没想过,长大后会在这个领域耕耘一辈子。

时间回到1927年,叶叔华在广东出生,那一年12月,广州起义爆发,革命的火种迅速在这座城市蔓延。迫于战争和生计,叶叔华跟随家人经历了多次迁徙才完成学业。1945年,抗战胜利,中山大学来中学招生,热爱古文的叶叔华执意选择文学专业。

“如果你念古文,怕是以后连吃饭都吃不上。”一门心思想学古文的叶叔华,遭到父亲的阻挠,两人三改志愿达成折中方案:数学系。由于当时的中山大学没有单独的数学系,只有数学天文系,叶叔华便被理学院以全区第一名的高分录取。

叶叔华告诉《新民周刊》,大一时邹仪新教授讲的天文课特别有意思,自己深深被吸引了。到了大二,她便决定主修天文。大学毕业后,叶叔华并没有接受父亲“当个老师安稳度日”的建议,1950年暑假,她和人生伴侣程极泰一起回国到南京紫金山天文台求职。

当时,工作人员却回答她“天文台只招一个男的”。吃了“闭门羹”的叶叔华并不服气,提笔写了一封长信给当时的台长、天文学家张钰哲,列举五个“不应该不用自己”的理由,成功说服了台长。1951年底,叶叔华进入当时紫金山天文台所属的上海徐家汇观象台。

这里,恰恰是叶叔华天文事业的开始。“当时全国就这么一家完备的时间工作站,上午11点,下午17点,通过电台发布时间讯号,我们条件艰苦,在半地下室办公,员工就四个人。”叶叔华说,进入观象台的第一项工作是观测恒星,计算恒星时,再换算成世界时。

每逢夜晚观测,叶叔华都要打开观测室的活动屋顶,让室内外温度达到一致,减少热辐射对观测造成的影响。观测需要手眼并用、全神贯注,而身材矮小的叶叔华站在一块小平板上才方便操作。冬天,操作仪器时不能戴手套,叶叔华常常冻得手指发僵。

建国之初,还没有一份统一的全国地图,影响到大型的工程建设。很多省份还没有精确测量,3万测绘工作人员奔波在全国各地。而测绘离不开天文授时,如果天文时间测得不准,地图就拼不起来。叶叔华知道,当时的条件根本无法满足国家对高精度授时工作的迫切需要。国务院要求科学院首先做好时间工作。1955年,紫金山天文台调来领导骨干人员,又加强了人员设备,工作马上改观。

徐家汇天文台购置和改装了一些仪器,在守时方面,从德国购买了一具大型石英钟,使时号发播的均匀性马上达到国际先进水平;又从俄罗斯学到光电中星仪技术,观测精度马上就提高了。

1957年秋,中国科学院召开时间工作会议,同意授时工作精度已达到国际先进水平,但徐家汇观象台在我国东端,发播的时号在西部不容易收到。会议决定在中西部建立大型授时台,并且建立中国的世界时标准,不依赖国际合作。后来经过在西部选址,决定在西安附近建设新的授时台,即今日的国家授时中心。1958年,筹建我国世界时综合系统的重担,落在了32岁的叶叔华身上。

“我衡量了一下,一定要做得和国际上一样好,最主要是保持数据平稳,要搞一套自己的方法。”叶叔华说,他们最先计算综合时号改正数的处理方法遵循了国际时间局的原则,即假设若干台站系统差之和为零,但后来发现,中国授时台站的数量与国际时间局和苏联系统相差太远,不能照搬,最后改用了系统差的变化总和为零的方案。

“采用了这个原则试下来,确实比较好,后来就一直用这个方法了。”叶叔华回忆,到了1964年,中国世界时系统达到世界第二名,1966年初正式作为我国的时间基准向全国发送,这就是后来的“北京时间”。

熟悉叶叔华的人,都能背得出她的一句口头禅:办一件事,假设只有40%的把握,如果停在那里不动,就会慢慢变成20%的把握,最后变为零。但积极争取,可以将其变成60%、70%,最后将事情办成。拓荒“无人区”,一直是她性格中的重要特质。

“当西安接管了时间发布工作,我们的重要性就掉了一半,如果不找出路、不发展新技术的话,就要被消灭掉了。”那时,叶叔华感觉肩上担子更重了。1970年,她恢复工作的第一件事,就是跑到图书室看国外同行在做什么。

叶叔华了解到,1966年,新出现的VLBI的分辨率比传统观测仪器提高了几十倍,而且不需要电缆,各个天文台站借助原子钟就可以连接起来,相距可达几千公里。更让叶叔华振奋的是,这一技术利用空间射电源,银河系外也能观测到。VLBI技术可以用在天文的许多方面。

由于这是一项新技术,成本又比较高,即使在一些发达国家也鲜有人问津。但叶叔华敏锐地看到了它的应用前景,1973年,她提出了发展VLBI的计划,从自己的队伍里头,挑选了一批“骨干”出来,决定先试制6米望远镜。

“在上海建了一个6米望远镜,和德国的100米望远镜做了首个欧亚大陆的联合观测,果然成了。我就提出在中国建三个站,上海、乌鲁木齐和昆明,都是25米的望远镜。”叶叔华清楚,提出这三个站组成全球最大的三角形,其他国家没有这个魄力,只有把这件厉害的事做成,上海天文台才有新生命。

当然,建设很花钱,好在上海天文台工作有序,天文口每年有一笔钱,没人用过,这个钱便归了叶叔华。但“麻烦”也随之来了,当时的经费只够建两个,这就意味着乌鲁木齐和昆明只能二选一。对此,叶叔华想得长远,上海到昆明1000多公里,到乌鲁木齐是3000多公里,要力争尽可能高的分辨率,这个联网的距离就要尽可能远,如果以后还要和欧洲联网,更应该建在乌鲁木齐。

“人很奇怪,先把难的吃掉,容易的就好弄。如果先做了容易的,难的就开展不起来。” 1981年10月,叶叔华担任上海天文台台长,VLBI项目正式上马。1988年起,国际天文学会和国际大地测量学会宣布,世界时测定全部采用VLBI、激光测人造卫星和GPS等新技术,如果当初没有预估到这一趋势,我国的时间测量优势将全军覆没。世界上还有几十个授时台都沿用了原来的技术,也都全军覆没。

上世纪90年代,VLBI一直用处不大,恰巧赶上我国启动“探月工程”,之前我国航天器最远只去过8万公里远的太空,而地月之间有38万公里。当时面临一个棘手难题,卫星飞到月球附近要改变轨道,需要非常精确的空间测量。“如果飞船没有按照原定轨道走,要么撞上月球,要么飞到很远的地方,这两个都是‘大失败’。”

叶叔华和上海天文台同事跑到北京主动请缨,接受了任务,后来在国际射电天文会议上,当她说出“10分钟内把VLBI测轨结果报到北京总部”时,现场一片寂静,有吃惊,更有怀疑。2007年,“嫦娥一号”卫星发射,由上海、乌鲁木齐、北京和昆明4个站组成的VLBI联测,从上海报到北京总部实际只用了6分钟;到了“嫦娥四号”和“天问一号”任务,将VLBI测轨结果报到北京的时间更是缩短至1分钟。

佘山脚下,“天马”望远镜静静矗立着。为更好地发挥VLBI网的作用,2008年,叶叔华再次高瞻远瞩地提出建设上海65米全方位可动的射电望远镜,成为中国科学院和上海市的合作计划。2013年12月,“天马”全程参加了“嫦娥三号”实时观测,使我国VLBI网的灵敏度提高至2.6倍以上。“未来不管航天器到木星、土星或是太阳系边缘,测轨都不在话下。”叶叔华话里透着自豪。

在VLBI梦想成真后,目光长远的叶叔华又开始为中国天文事业谋划下一个“风口”——建立SKA亚洲科学中心。如同40多年前,认定不能错失“VLBI”一样,叶叔华也认定,中国不能错失“SKA”。

2019年,SKA上海大会的间隙与中国SKA首席科学家武向平院士对线岁的叶叔华院士走了过来,笑着比了一下手势:“SKA以后就靠他了,他是第一号人物。”武向平赶忙接道:“叶先生说过,如果我做不成这件事,她不放过我,我记住这句话了。”

南非的MeerKAT射电望远镜是平方公里阵列的原型 图片来源:南非射电天文学观测组织

SKA(平方公里阵列射电望远镜,以下简称“SKA”),作为一个特大型国际联合科学工程,它由分布在南非及南部非洲8个国家的2500个高频蝶形天线,以及分布在澳大利亚西部沙漠无线电宁静区域的上百万个偶极子低频天线组成。

这些相隔3000公里的望远镜建成后,将组成比目前世界上最先进望远镜灵敏上百倍、巡天速度提高上万倍的超级望远镜,科学家们希望借此实现探寻“宇宙第一缕曙光”、利用脉冲星测引力波、检验引力理论等科学目标。

时间回到1994年,为了争取SKA在中国落地生根,国家天文台成立了国际大射电望远镜中国推进委员会,并提出了FAST工程概念。FAST即后来建成的500米口径球面射电望远镜(天眼望远镜)。用叶先生的话说,FAST是中国自主建设的SKA先导项目,最大的技术是解决了球面镜随时变抛物面镜这一难点。虽然首个大口径射电望远镜最早出现在美国,但是FAST作了许多重要改进。它的成功,得到了国际同行的赞誉。

尽管中国付出了很大努力,但由于SKA的选址对无线电信号等方面要求极为苛刻,第戎导致中国最终落选。但中国在筹建SKA方面一直贡献着力量,上海是亚太区域最积极承建SKA数据中心的城市,目前,上海团队完成了SKA核心软件的联合开发和大规模集成测试,并且建成了第一个数据接收和处理机,澳大利亚的先导观测项目的数据已经传送到上海做处理,获得成功。

“这是一件很实际的事,有个区域中心,数据都在我这里,就更容易召集很多的科学技术界,大家开会讨论,进步就很快, 否则一盘散沙。”叶叔华认为,中国起步比较晚,科学队伍看起来庞大,但真正集中做事的人并不多,这就需要为年轻人铺路,让他们走得更快。“我们从跟着跑,到并排跑已经不容易,做到领头,不是一两句话的事儿。”

作为中国第一位女天文台台长,叶叔华也在身体力行地推动中国天文的科普工作。记得1997年,70岁高龄的叶叔华,在黑龙江漠河地区观察20世纪我国能观测到的最后一次月全食,并对孩子们进行科普。

当天,由于天气寒冷和连日劳累叶叔华发起高烧,但她仍然笑容满面地出现在现场。她形象讲述了时间的重要性:孙悟空拜师学艺,师父让他三更去房间,他便靠数自己呼吸,计自己脉搏来估算时间。近年来,叶叔华不断走进中小学校园,科普天文知识,解答科学疑问。而她提议建设的上海天文馆也预计于今年6月中下旬择期开放。

大可颐养天年的叶叔华,依旧每天到天文台上班,从早上9点,一直工作到下午。“每个人把自己的工作做好,都是一份很珍贵的贡献!”办公室墙上,有一幅根据叶叔华语录创作的书法,这是叶叔华对自己的自勉,也是叶先生对忙碌在大小岗位上的你我,提出的期许。

叶叔华说,自己还有一个愿望,希望能在太空放两个30米口径的射电望远镜,在深空开展精密低频段射电观测,空中的两个射电望远镜一旦与地面上的SKA和FAST形成响应与配合,也许将为人类探索宇宙奥秘带来更大的惊喜和变革。

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