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叶叔华:从北京时间到嫦娥奔月

日期:2017/8/23 阅读 ( 2097 )【 来源 : 新民周刊 】
阅读提示:如今她最大的心愿就是能够为上海成为SKA(平方公里阵列望远镜)的亚太区域数据处理中心做一些推进工作,希望中国在这个迄今全球最大的天文国际合作项目中不要缺席。
撰稿|王泠一 陆天锴
 
     中国是天文学的故乡。在中华神话里有着太多仰望星空的传奇:夸父追日、嫦娥奔月、后羿射日、开天辟地……而三千多年前的甲骨文、二千五百多年前的青铜器铭文和二千多年前的汉简,留下了更多谜一样的天文观察记录。科技史还显示:中国人最早发现了北斗星、最早发现了月食和日食、最早能够预测大海上的风云突变、最早能够根据时间来安排空间(如农历二十四节气)……中国人在天文(气象)领域的成就长期居世界领先地位。而中国近代科技的衰落,天文(气象)学也是一面清晰的镜子。
     天文(气象)学,不仅和社会生活、工农业生产密切相关,而且也是国防的关键元素。鸦片战争之后,破天荒地允许天文、历法、物理、化学等西方科技成果公开传入上海等地。上海开埠后不久,天文台、气象站等新鲜认知工具就落户徐家汇了。新中国成立后,一位叫叶叔华的天文学家在徐家汇开始“仰望星空”。
     
“精确授时”北京时间
     
  90年前的6月21日,叶叔华降生于广州一位清贫、善良的基督教牧师的家庭。1935年,全家迁往香港。1941年日本侵占香港,次年她随父亲的朋友到广东乐昌,进入国立华侨第三中学。1944年,又因日军迫近,全家被迫逃往粤北连县,她在培英真光联合中学高三至毕业。随后,她考入孙中山创办的中山大学理学院天文系,1949年在广州毕业。
  在战乱不断的20世纪前半叶,自小聪颖的叶叔华经历了颠沛的青少年阶段和求学时光。这种刻骨铭心的磨难,让她在新世纪会对青年科技工作者这样发出肺腑之言:“只有体会过什么是亡国奴滋味的人,才会知道什么是科技工作者的爱国热忱;才会理解我们为什么在国内历次的政治运动中棒打不走、棒打不散;才会明白科学没有国界,但科学家有祖国。”
  大学毕业后,叶叔华并没有接受父亲的建议——“在香港谋个中学教师的职位、安稳地度过多事之秋”。1950年暑假,叶叔华与志同道合的人生伴侣程极泰从香港到南京紫金山天文台求职。令叶叔华没想到的是,当时天文台只招男不招女。这对初入社会的叶叔华来说无疑是一个打击,但倔强的她没有退缩,而是给紫金山天文台台长写了一封长信,列举了五个“不应该不用自己”的理由。幸运的是长信起了作用,台长被叶叔华的执着和追求感动;她走进了徐家汇观象台。
     离开香港到上海来服务新中国,是要有非凡勇气的。直至2017年的6月23日,刚过90大寿的叶叔华院士还和我们这样感慨:“我当时的想法是,既然学了天文专业,就应该从事天文工作,所以就想回来。当时都知道,国内还是比较困难的,所以离开香港前,我的老伴就对我说,回到国内,可能要穿草鞋、住草房,你行不行啊?我说可以啊!实际上回上海后,我们也没有穿草鞋、住草房。但当时的上海可谓百废待兴,科研条件很艰苦。”
     当时她发现,徐家汇观象台与心中想象中的探索宇宙奥秘的天文科研机构完全不一样:只有4名从事业务的人员,而且设备简陋、工作单调,每日刻板地观测、计算、接收时号,校对天文钟,发播时号;办公条件简陋,吃饭时就拿报废的汽油桶当桌子,在上面放饭碗、菜碗……
     建国初期,国务院把建立我国时间基准的任务下达给新兴的中国科学院,又从紫金山天文台落实到了徐家汇观象台。在徐家汇最初的二十年,叶叔华最重要的工作就是“精确授时”。
     “时间及其精确性”,是历史很悠久的课题了。中世纪的天朝大国以自己为世界的中心,计时方式必然也是以自己为中心的,所以每个皇帝登基以后必做的一件事就是更改年号,确定新的计时方式。这是皇帝维护皇权的一个重要手段,也是皇帝给臣民安排生活的社会依据。从清光绪二十八年(公元1902年)起,中国就开始实行标准时制度,中国海关曾制定东海沿岸的海岸时,这个海岸时就是以东经120度的时刻为标准的。到1939年,中华民国内政部将全国分为五个时区,北平位于中原时区。1949年中华人民共和国定都北平,改北平为北京。随即将当时的北平新华广播电台改为北京新华广播电台。于是,相应的广播报时信号也就从原来的“中原时间”改为了“北京时间”。
     1958年起,徐家汇观象台便着手筹建我国自己的“精确授时”系统,叶叔华勇敢地挑起了这个担子。由于精确时间是重要任务,随即除原来的上海、南京之外,武汉、北京、西安和昆明的天文台也陆续参加合作。在天文测时仪器方面,还创建了多架光电中星仪、光电等高仪等设备。
  自1964年起,我国标准时间测量精度便跃居到世界第二位,并在此后一直保持国际先进水平。1965年我国“精确授时”系统通过国家鉴定,正式作为时间基准向全球发布。从1970年开始,中央人民广播电台是这样报时的:“刚才最后一响,是北京时间某点准”!
 
战略眼光
     
     北京时间的精确播报,极大地促进了工农业生产和社会生活的日常时间安排概念。在采访中,叶叔华回忆道:“最初,徐家汇中午有个报时,报时的办法就是通知外滩观象台的一个金属显示球降下来。那时好多城市都这样做,即‘落球报时’;即中午12点整,让那个球落下来。我差不多干了一年这样的工作,每天12点整,通过电话对外滩那边的人喊话。当时外滩那边和我通话的那个男同志声音很洪亮。快到12点时,我就通过电话对他说‘准备好!’他说‘好’。然后,我看着钟喊‘一、二、三!’,马上喊到‘三’,对方就在外滩那边把球落下去。这样大概有一年,很有意思,但对方是谁现在都不知道。当时外滩观象台承担着其中一项重要的工作就是‘落球报时’,就是把中午12点的这个时刻告知当时的渔船、渔民”。而有了“北京时间”和统一广播,获知时间就不是难事了。
  不仅仅是工农业生产和社会生活,国防工程、探索太空以及国家威望,更需要仰仗精确授时。如果没有这一自主系统,我国第一颗人造卫星就不可能准时在太空播放《东方红》乐曲,同时地面也无法顺利接受乐曲传输信号。
  最近二十年来,“北京时间”已经成为一个独立、繁荣的主权国家的象征。尤其是“香港回归”“澳门回归”“北京奥运”“上海世博”“一带一路”等影响世界的重要时刻,全球媒体包括西方媒体和台湾媒体都是以“北京时间”来报道和记录的。
  对于天文学家来说,“时间和空间”是一对孪生姐妹;精确把握时间是为了更好开发空间、尤其是浩瀚的太空。老科学家也并不忌讳,“文革”中她也在牛棚里被耽误过几年。但她一被恢复工作上的权利,就立即来到徐家汇(那时已经叫天文台,和气象台分离)工作楼和图书室;迫切地找出覆盖着灰尘的进口天文学术刊物,她想知道中国天文学被世界甩下了没有。
  还好,差距不是太大。而甚长基线干涉测量(VLBI)技术和激光测距等空间技术,就此进入了她的国际视野。这些空间新技术将测量精度一下子提升了一个数量级以上;叶叔华真切地感受到:随着这些新技术和新方法的出现,如果再墨守成规,迟早要被世界所淘汰。
  但在1970年代中期,就要建立我国的VLBI系统,面临着诸多实际困难。例如:对于新技术没有经验、高档的电子元器件和测量仪器欧美国家对我国禁运、天文界同行对于在我国是否发展VLBI有不同看法以及科研经费不足等等,叶叔华必须全力以赴去解决这些问题。她自然想到了“请进来、派出去”的策略,即走国际合作路线,不仅亲自前往国外向同行学习先进经验,同时也邀请国际著名专家来华讲学,从很大程度上直接推动了我国VLBI课题研究工作的进展。
  为此,叶叔华感恩邓小平。她谈到电视剧《历史转折中的邓小平》:“我看了很感慨,都流泪了。我有切身的感受,要不是改革开放的政策,邓小平把人才大批派到国外,中国天文界就不会取得这么好的天文成果,跟上国际先进的步伐。”
  跟上的步伐是这样的:1979年,6米射电望远镜在上海建设完成。25米射电望远镜也于1987年建成,次年即开始参与美国NASA、欧洲网及中日VLBI合作项目等国际联测,引起了国际同行的高度关注。1986年1月,在叶叔华的带领下,上海天文台完成了“关于发展中国VLBI网的建议书”,规划了中国VLBI网的概貌:新建乌鲁木齐VLBI站、改建昆明10米天线为VLBI站、升级上海VLBI数据处理中心等。该建议经过专家委员会推荐,中国科学院同意立项,确定为天文口“七五”期间重大项目,项目命名为“VLBI网二期工程”,并确立了工程总负责人为叶叔华。
  正是她不懈的努力和战略的眼光,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。
  
嫦娥奔月
  
  科学史这样记载:1988年,全球放弃传统的时间观测技术,改用人造卫星激光测距技术、人造卫星多普勒技术等新技术来进行时间测量。此时,上海天文台已发展起了包括射电干涉在内的各项新技术。正因为叶叔华当初的魄力,中国天文界不仅保持了天文测时的领先地位,还发展起了精度达到厘米级的大地观测系统,开辟出天文地球动力学的新方向。她参与倡导将VLBI技术用于我国空间探测,2007年VLBI技术成功应用于“嫦娥一号”探月工程中。在施行中国VLBI网工程的同时,叶叔华院士依据射电天文和深空探测的开展需求,于2008年高瞻远瞩地提出了建立“65米全波段射电望远镜”的倡议,得到了决策层的关注。
  2012年,上海65米口径全方位水准的天马望远镜,得以在佘山矗立。2013年12月,“天马”全程参与了嫦娥三号VLBI实时观测任务,使得我国VLBI观测网灵活度进步至2.6倍以上,以5厘米灵活度检测出月球车的挪动、转弯等动作,为探测器在月球的软着陆做出了杰出奉献。接下来,我国将在2017年发射首颗地月采样往复探测器嫦娥五号;2020年,还将发射火星探测器,与地球最远间隔超越4亿公里。上海的“天马”,则将在丈量这些探测器位置上大显神通。
  老骥伏枥,志在千里,更在无穷。2017年6月,中科院上海天文台为叶叔华院士举行了90华诞学术研讨会。她在接受采访时说,如今最大的心愿就是能够为上海成为SKA(平方公里阵列望远镜)的亚太区域数据处理中心做一些推进工作;这个项目建成要在2030年,运行的时间可达50年。她看得更远:希望中国在这个迄今全球最大的天文国际合作项目中不要缺席。
  SKA是世界上最大的综合孔径望远镜,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,并将在各大洲设科学数据分中心。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。
  该项目预计耗资65亿欧元,需要全球募集。而作为纯科学项目如此大手笔地投入,客观上是存在着分歧的。而叶叔华院士目光如炬——很多基础研究都是“无用之中有大用”!
  我们也认为,中国已经具备了投入基础科研的雄厚实力。何况规律也已经表明:天文学家探索宇宙,会提出很多极高的技术需求,这些高难度技术一旦挑战成功,就会带来更多的应用可能,在为人类获得更多新知的同时,也推动了社会发展。同时,正在向全球科创中心迈进的上海,在天文学领域和探索太空的新旅中又岂能旁观和彷徨?
  而熟悉叶叔华院士的人,都能背得出她的一句口头禅:“办一件事,假定只有40%的把握,假如停在那里不动,就会渐渐变成20%的把握,最后变到零。但积极争取,能够将其变成60%、70%,最后将事情办成。”
  有志者,事竟成!我们爱戴的叶叔华院士,还曾任中国科学院上海天文台台长、全国政协委员、中国科协副主席、上海市科协主席等职。1994年经国际天文学联合会有关委员会批准,紫金山天文台把该台发现的小行星3241号命名为“叶叔华星”;这是业界给予民族精英的最高荣誉。
  如今九十高龄的她,依然在每个工作日出现在徐家汇上海天文台的工作室里,间或接待一下青少年学子和天文爱好者。接待中,她常说:“我自认为还是一个比较努力的人,一个比较敢做的人,凡是想做的事情,就会不顾一切地去做。我所做的一切,都是为了国家!”高风亮节,光鉴后学!她又说:“相比于广袤的宇宙,我们每个人都是沧海一粟,我更欣慰后继者在工作上取得的成就,我们这么多年的奋斗还是值得的。”
 
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