上海院士图鉴 | “北京时间之母”叶叔华

发布时间:2019-12-17

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叶叔华在丹容等高仪上观测(1959 年)

1951年的上海天文台,炎热难耐的酷暑,忍受着高温与蚊虫,27岁的她在观测;2019年的上海天文台,寒冷刺骨的严冬,靠着手套,艰难维持着操作手指的温度,92岁的她仍在观测。哪怕是大年初一,只要不是阴雨天气,她便几十年如一日地坚守在天文台。她便是中国科学院上海天文台原所长——叶叔华院士。

“北京时间”的诞生

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国立中山大学理学院数学天文系颁给叶叔华的临时毕业证书上的毕业证书

叶叔华院士1927年生于广东省广州市,从小受到家庭的熏陶,1945年便以优异的成绩以第一名的身份考入中山大学数学天文系,而后又于1951年进入上海徐家汇观象台工作。

恰逢1955年国务院向紫金山天文台及其下属徐汇观象台下达了提高授时精度的要求,并要求一两年内将时号发播精度提高到能够满足大地测绘等应用部门的需要。

这一任务是艰巨且困难的。按照国际的授时准则,在当时完成这一目标需要兰州授时台和北京授时台等多个可进行天文测时的台站配备足够先进的授时设备,但当时的中国连时号发播都成问题,唯一具备授时功能的徐家汇观象台的仪器设备还很落后,如何在有限的国力基础上获得更好的测绘条件,这是令当时所有中国天文人犯难。

这时,叶叔华院士想到了当时世界上最为领先的两所时间工作机构——一个是由全世界39个天文台组成的设在巴黎的国际时间局世界时系统;另一个是有14个天文台的苏联的标准时间系统。“既然14个天文台可以支撑苏联如此大的国土跨度,那我们是否可以以14或是更少的台站支撑来完成精确授时呢?”当时在徐家汇天文台工作的叶叔华院士,在一次大会上这么提议道。这一想法,得到了大会上诸多中国天文界前辈的认可,但减少支撑世界时系统的天文台,就意味着国际的测时经验不再可直接套用,新的数据处理方法需要被创造!

为了找到适用于我国测量综合世界时的数据处理方法,在叶叔华院士的提议下,全国各天文台工作人员组成科研小组兵分三路。

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1990年,叶叔华在美国新墨西哥州考察最大的射电望远镜阵列——甚大阵射电望远镜

一面派人员前往国外学习,一面沟通外方购买、更新天文台测时仪器,同时其他科研小组成员在国内,研讨测试新的数据处理方法。经过连续几个月小组成员不眠不休地反复设计、尝试、试验,历史两年,终于找到了凭借少量天文台观测仍能保持授时长期稳定测时的方法。

1957年,中科院数理学部正式宣布:中国的播时精度已经达到了应用部门所需的测绘标准,可以投入实际科研应用。

至1965年,在叶叔华院士所带领团队的不懈耕耘下,我国世界时系统的精确度已经超越了苏联的标准时刻系统,跃居世界第二。

甚长基线干涉测量技术的提出(2)

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1973年,刚刚有机会步入中科院参加会议的叶叔华院士,在会议上大胆提出了发展甚长基线干涉测量(VLBI)技术的提案。“甚长基线干涉测量(VLBI)技术既能为天文台的时间播报提供援助,又可以为天体物理研究的推进提供更好的助力,并且如果不将我们的测量精度跟随国际水准提高一个数量级,我国的科研进程必将落后。”会议上叶叔华院士如此说到。

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叶叔华及射电组部分科技人员与美国VLBI专家Cohen教授的合影

甚长基线干涉测量技术这一项目的执行中,科研经费不足,叶叔华便亲自多次上询,申请拨款;项目组成员经验不足,她就主动聘请外方专家协助讨论、规划、建造。就这样,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;1979年我国建成了6米射电望远镜;1987年上海台建成了25米射电望远镜;2012年,亚洲第一的射电望远镜——天马望远镜更是在上海落户。

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1999 年乌鲁木齐25 米射电望远镜验收鉴定(二排右七为叶叔华)

这一系列射电望远镜的建成,极快地推动了甚长基线干涉测量的发展,并通过这一技术,使得嫦娥三号的测轨任务完美完成,并成功主导了国际VLBI网络的建设。

亚太空间地球动力学计划(APSG计划)

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APSG中央局(设在上海天文台)铭牌

“生命不息,科研不止。”1994年,基于我国甚长基线干涉测量技术的飞速发展,为了寻求更深层次,更新技术层面的合作,在1995年第二十一届国际大地测量和地球物理联合会大会上,叶叔华院士递交了APSG计划。虽然当时计划的审议充斥着种种质疑,但最终叶叔华院士还是争取到了各国对中国APGS计划的支持。

作为我国天文界首次在国际上成功倡议并举办大型国际合作项目,这一项计划的通过有着跨时代的意义。

至2001年,APSG计划总计发表学术论文27篇,其中SCI论文7篇;在国际学术大会上报告15篇。通过APSG计划,APSG项目组成功地优化了卫星激光测距资料处理软件,提高了激光卫星定轨精度;较好地给出了中国大陆地壳运动基本特征;建立了一个新的非刚体地球章动模型,其中这一模型更是被列为国际IAU2000章动模型的四个参考模型之一。

这一项目的研究结果不仅为测绘、航天、海洋、地震、气象、地球物理等部门提供了天文观测数据及其归算软件系统,同时还具有重要的社会效益,它将为亚太地区,特别是我国东南沿海地区重大自然灾害(如地面沉降、暴雨、台风和海平面变化等)发生过程提供重要的预测信息,为我国的防灾事业提供了巨大的助力。

2019年,92岁的叶叔华院士仍坚守在科研第一线,几十年如一日的科研精神, 以身作则为一代又一代中国天文人展现了何谓科研工作者的家国情怀。

注:

1、 叶叔华主持建立和发展了中国综合世界时系统并长期保持国际先进水平,为国民经济和国防建设做出了重大贡献。她负责建立了中国甚长基线干涉仪(VLBI)网,这个观测网无论是在天文地球动力学研究方面,还是在90 年代末开始的“探月工程”方面,都发挥了极其重要的作用。作为女性杰出人物,叶叔华对女性问题,其中包括女性参与经济、社会发展,女性成才等方面的问题,自然格外关注。对于男女平等、妇女教育、妇女参政议政等问题,她有着自己的见解。

2、 甚长基线干涉测量(简称:VLBI)是一种用于射电天文学中的天文干涉测量方法。它允许用多个天文望远镜同时观测一个天体,模拟一个大小相当于望远镜之间最大间隔距离的巨型望远镜的观测效果。

(来源:上海科技创新资源数据中心)