堅守天文六十余載，葉叔華院士為中國的天文事業發展貢獻了自己的力量。“我今年92歲了，我現在想奮斗兩個東西，一個是SKA到中國來，另一個是在空間里搞兩個VLBI衛星。” 葉叔華院士跟大家分享她的科學故事和她現在想做的兩件事情。

 

葉叔華演講視頻：

以下為葉叔華演講實錄：

 

其實不是說“我想做兩件事情”，我只能說“92歲了，我還能做什么”。 我只能給我們年輕的同志搭舞臺，去敲鑼打鼓，搖旗吶喊，希望以后中國能夠在我們的天文事業上，真正做出“看起來是真正一件事”的好項目出來。

 

 

 

我希望我們真正做到領導需要我們所做的那樣，讓我們的科學從跟跑到并跑，再做到領跑。 現在實現了嗎？ 有些項目實現了，舉例來說，我們的量子通訊衛星，就領著人家跑了。

 

演講嘉賓葉叔華：《我今年92歲，我想做兩件事情》

 

天文方面呢？ 我們500米口徑的“天眼（500米口徑球面射電望遠鏡，也即FAST）”，在相關技術方面就領先了。 但是還不夠，我還希望我們有更多的天文項目能夠領先。

 

我們國家已經參加的最大的國際合作項目，是ITER（國際熱核聚變實驗堆，后用英文縮寫表示）。 熱核反應是什么？ 是從天文、從太陽來的概念。 太陽50億年間不斷產生能量，是通過“熱核反應”。 兩個氫原子合成一個氦原子，還多出一點點的能量，E=mc²。 這個能量后來被用在什么地方？ 很不幸，首先用在氫原子彈上。

 

而ITER是想研究，能不能控制熱核反應，將它應用到發電裝置上——氫原子有很多，它們合成氦原子以后，也不會造成危害。 如果可行，地球上的電就怎么用都用不完了。 這個項目現在還在進行中。

 

另外一個大型項目就是SKA（平方公里陣列射電望遠鏡，用英文縮寫表示）。

 

 

 

不久以前（3月12日），我們中國有幸作為七個原始發起國之一，在羅馬簽了一個天文臺公約（“羅馬合同”），標志著SKA項目開始了。

 

有哪七個國家呢？

 

有觀測基地所在的南非（負責SKA中頻部分）和澳大利亞（負責SKA低頻部分），有總部所在的英國（英國是最早做射電天文的國家之一）。 這三個國家很重要，此外還有中國、意大利、荷蘭和葡萄牙。 簽訂了協議會吸引一些持觀望態度的國家堅定信念、陸續參加進來，所以預計共有十個以上正式成員國家參與SKA。

 

 

SKA是什么呢？是一個接收面積達到一平方公里的射電望遠鏡陣列 。圖左上角是一個15米的望遠鏡。這種15米的望遠鏡，要做2500個，鋪開放在南非的類似沙漠又很寬闊的地方。另外還有低頻望遠鏡的陣列（圖右下角）。其中，一根桿子就是一個天線；好多桿子合起來成為一個臺站單元；許多臺站合起來，成為低頻陣列。低頻部分和中低頻部分總共合起來，接收面積要達到一平方公里。

 

SKA是目前最大的天文合作項目，開始于上世紀末。 當時，世界上所有的射電天文學家（也包括我們中國的），一起商量，想了很多主意。 其中一個主意就是說，不是由很多小望遠鏡，而是通過數十個大望遠鏡合成。 雖然這個提議后來沒有被采納，但是促成了我們國家“天眼”的建成。

 

亞洲第一的射電望遠鏡——天馬望遠鏡的模型。圖片來源：東方IC

 

去年國際天文協會99周年大會（即國際天文學聯合會第30屆大會）的時候，我們的“天眼”做了一個非常漂亮的模型，放在會場前面，吸引了好多外國朋友觀看、照相。

 

雖然“天眼”沒有被選成SKA的一個單元，但是它仍然能夠支持中低頻的射電天文研究，對于我們參加SKA也是一個很有利、也很有力量的幫助。 應該說“天眼”是給我們中國天文界爭光的一件事情，我們都期待它能跟SKA完全配套，做出很好的成績。

 

SKA有很多研究目標。 比如引力波——大家都非常想知道，地外文明——大家也很關注，宇宙磁場——地球磁場是其中之一。

 

有一個很有名的理論——宇宙爆炸以后，開始是黑暗、沒有亮光，后來開始有恒星，再變成星系，逐步發展為我們今天所看到的宇宙。 但是宇宙怎么樣從黑暗變成光明呢？ 這是一個很值得探究的題目。 另外，后來光明變成好多大大小小的星系、再連成更大的結構，這個又是怎么過來的？

 

 

再遠一點，對整個宇宙學來說，也有許多問題需要解決。 暗物質是怎么樣的？ 大尺度結構是怎么樣的？

 

大尺度結構，還有最初喬治·伽莫夫（George Gamow）講的“4K”的問題。到底有沒有大爆炸？后來發現整個宇宙中都有絕對溫度3K多的背景輻射殘余，就證明確實有。

 

此外還要看看未來的世界。 中國很有名的一部科幻電影《流浪地球》，就是講地球快要危變、快要不行了以后，我們人跑到哪里去，怎么找一個新的家園？

 

所以你可以看到SKA它所涉及的問題很多，有很多跟理論物理的研究直接相交，還有很多跟我們人類“到哪里去”也有關系。

 

 

SKA是中國參加的第二個國際合作大工程，它要在非洲南部建2500個15米的蝶形天線，在澳大利亞西部建130萬個對數周期天線，投資很大。

 

SKA的觀測，跟我們平常把幾個望遠鏡或者幾十個望遠鏡搞在一塊，完全不是一回事情。 SKA有幾千個碟形天線、上百萬個低頻望遠鏡，結果就是產生的數據多得不得了。

 

產 生海 量數據以后，就要求有區域數據中心來接收，再把數據轉化成科學產品，供科學家分析使用。

 

這些數據跟我們平常接觸的完全不一樣，是真正的大數據： 現在全世界已有的所有數據加起來都不及它的1/10。 平常幾個、十幾個或者三十個望遠鏡合在一塊，獲得的數據已經很多了、都來不及弄； 而現在有幾千個、幾萬個望遠鏡。 何況目前只開始第一期建設，后面完全建成后數據還會增長，所以數據規模對科學、技術都是很大的挑戰。

 

這么多的數據，怎么變成要用的東西？ 我們平常都習慣在一個視場里頭尋找目標。 但SKA不像視場那樣簡單，來的是密密麻麻、一大堆東西。 這些數據要變成天文家能夠用的形式，再做成天文結果，需要很多中間過程，而且還要不斷地修正、改良，想新的處理方法出來。 所以我覺得數據中心很重要。

 

數據中心里頭，應該有天文學家們討論、研究的地方。 但是這部分不應該僅限一處，而應該在更多的地方——天文家們更愿意一個小組、幾個小組地進行數據處理和科學問題的提煉。 但是也該有個集中的地方，每年或者每幾年大家開個會，討論如何為中國爭取更好的結果。

 

經過20多年醞釀，到最近SKA的方案才定下來。 早期準備做個1/10的規模，要是覺得裝置、運行都沒有問題，就馬上把它擴建到整體。 SKA第一階段建成大概要到2030年，運行估計可以用50年。

 

這個大科學裝置確實對天文界來說，是一件很大的事情，所以我們覺得國家能夠參加，是令人非常高興的。

 

 

2018年12月3日，英國總部的菲利普·戴蒙德（Philip Diamond，圖左五），現任的SKA的總干事應邀到上海來。 他來了以后，我們就邀請分管科技的吳清副市長（圖右四）來跟他見面。 這一排，最矮的這個就是我（圖左四），我左邊兩位是現任臺長（沈志強，圖左三）和前任臺長（洪曉瑜，圖左二），還有這位是為了SKA奔走了多年的年輕的科學家（安濤，左一）。 右三是市政府副秘書長（陳鳴波），右二是市科委主任（張全），還有我們中國科學院上海分院的院長（王建宇，右一）。

 

 

我們政府聽聞有一個SKA的總干事來訪，就組織了一次談話。 在這次談話中，他（Diamond）向副市長介紹了SKA是什么。 他非常盼望中國能夠參加，也特別希望有一個區域數據中心能夠在中國建設，尤其是上海。 當時，副市長表示了對這個項目的支持，我們聽了以后都非常高興。

 

如果我們在上海做一個數據中心，這個中心應該首先是為中國科學家服務的。 但我們希望它以后不光是中國的，還是亞洲的——日本、韓國、泰國、馬來西亞這一片東亞的用戶和科學家就都可以參與進來。 甚至不僅是亞洲的，能變成亞太地區一個大的中心。 估計全世界一共會有四、五個最大規模的數據中心，也不會太多，畢竟要有相當大的投資。

 

現在我們中國肯定是要參加了。 但接下要做什么呢？

 

技術方面，中國也參加了不少SKA的工作包。 前面說到，要做2500個望遠鏡放在非洲，我們中國工業部門、電科集團的五十四所，他們設計的望遠鏡已經通過驗收，即將被采用。 那這些望遠鏡歸誰造呢？ 當然現在我還不確定是否2500臺都歸中國造。 要是這樣，我們不但成本都可以收回來，也許還有盈余了。

 

除此之外，技術方面還有時間訊號的傳遞問題。 這個好像是清華大學在做，他們已經在國際上得到一些承認了。

 

總而言之， SKA首先考驗的是國家整體技術力量。同時，SKA項目對我們望遠鏡技術的提高，對我們參加到國際競爭上面去的幫助，是毫無疑問的 。

 

但是我們也要記得，SKA是天文界的項目。 國家投入了這么多錢，所以在剛剛列出來的好多科學問題里，要考慮清楚干什么、希望在哪一方面取得突出性的成果。

 

目前，我們中國一個很有力的SKA科學家——武向平院士，已經跟很多科學家——包括好幾個天文臺的、大學的同行——一起為中國參加的SKA列出十個重要的研究方向； 而且出了一本很厚的白皮書，給大家參考。

 

武向平院士很早之前就單槍匹馬跑到新疆去，自己做了一個很好的觀測系統——它的作用跟SKA差不多，但是規模比較小、功能比較單一。 聽說他現在還做另外一個，還要搭一臺東西。

 

SKA確實在技術上有很多挑戰，但它是將要帶動整個天文界的“大工作”，需要不止50年的持續研發。 最后得到的科學結果，是天文界要共同努力去完成的一件事情。 我在上海天文臺，也花了幾年功夫去推介，使得更多的人了解SKA、愿意參與其中。

 

我十分希望各位青年同志，甚至還在上小學的小朋友，以后能投身到SKA事業當中，為中國爭取榮譽。

 

這是我所期望的第一件事情。

 

 

除了這個項目之外，我最近還做一點科普。 我在前幾年向市里頭提議，應該有一個好的天文館，就是我們上海天文館。 左圖就是外部的建筑全部完成的樣子，比較奇怪，但是非常符合我們天文人的口味。

 

 

除了SKA項目之外，我和我上海天文臺的同仁還想做一個技術的推廣，叫“ VLBI （ 甚長基線干涉測量技術 ，后用英文縮寫表示）”。

 

 

左邊這張照片，是美國天文學家馬歇爾·柯恩（Marshall H. Cohen，右五）來推介VLBI時拍攝的。

 

 

VLBI技術在1967年成功，我在1970年就想在中國干這個活了。 當時我想，在中國建設，應該響應很快。 我當時就考慮在上海、烏魯木齊、昆明搞一個三角網（如圖）。

 

VLBI的秘訣在哪里？ 基線有多長，就相當于有這么長、這么大口徑的分辨率。 雖然可能靈敏度不夠，但是分辨率是很可以的。

 

 

當時我們做的是25米射電望遠鏡，但是只做了兩個； 在昆明的沒做成，因為沒有錢了。 國家當時也沒有錢，能夠支持做兩個，已經很了不得了。

 

 

但是后來有一個機會，我們參加了嫦娥工程。 當時有個障礙，就是不能把飛船變軌前后的軌道測得很準。 我跟上海天文臺幾位同志，就自告奮勇去爭取這個任務： 我們來幫助進行測軌、定軌。

 

 

整個過程，是望遠鏡先獨立進行觀測，再將數據傳輸到上海，由上海的處理機進行相關處理和計算。 當時設立的目標，是從觀測開始，10分鐘之內把軌道上報。

 

這件事情我在國際天文學聯合會（IAU）的會議上講過，大家都冷場，沒有一人發言。 因為天文學家的觀察，是如果今天做不成，第二天你還會再做； 沒有人說10分鐘一定出結果，當時還沒有人能做到這樣。 但是后來我們最后做到平均6分鐘出結果，更快。

 

 

現在的射電望遠鏡是65米了，靈敏度更高。 而最近嫦娥四號的要求是1分鐘。 我聽了以后，心里都嚇一跳： 要是1分鐘做不出來怎么辦？ 結果負責的同志說，1分鐘完全能做出來，甚至有一次只用了半分鐘。

 

嫦娥工程做完了以后，還要到火星、木星上、小行星上去。 現在還提議，是否能夠測太陽系邊緣。 我想問題不大，因為當時美國去探測冥王星的時候，我們也試過，都還有訊號。

 

 

除此之外，我還想讓VLBI走向空間。 剛剛說到宇宙黎明（宇宙大爆炸黑暗時期結束之后的光明），這一段的觀測只能用低頻射電，好多人都在嘗試做這個事情，SKA里頭也有這樣一個項目，而且是最重要的科學方向。

 

既然是低頻，那為什么不可以到空間去？ 當然可以，并且已經有過先例： 先是有日本的小望遠鏡（口徑8米），再是有俄羅斯的一個大望遠鏡（口徑10米），所以能做的事情不是很多。

 

我們現在建議放兩個口徑30米的射電望遠鏡。 它們可以和地面上的大望遠鏡（包括SKA、FAST等等）組合； 也可以在空間上設置專門的VLBI，自己聯線起來。

 

雖然地面上兩米光學望遠鏡不算什么，但是美國將它放到空間以后，得到了很多現在看來還很寶貴的結果。 因為中低頻射電在地面上的干擾非常嚴重，到了空間，這些干擾都沒有了。

 

所以我跟天文臺的幾位同志，想把中低頻射電望遠鏡搬到空間中去。 這個方案在技術上，我們中國承擔得起，但是仍然希望有更多的國家來參加，因為可以做更多事。

 

比如，在地面上要看引力波，波長有限。 兩個觀測站之間的距離頂多是地球的直徑，因此你所探測的實際上是高頻引力波，低頻引力波就沒辦法。

 

在我看來， 對SKA項目，中國會做出很重要的補充：FAST是地面上的補充，空間VLBI是空間上的補充——對我們中低頻射電天文的研究是十分重要的 。

 

國家現在對我們的要求很高，

 

要求我們要領跑，做到一些別人還沒做到的事情。

 

我們應該做到，我們可以做到。

 

如何做到呢？ 希望我們在座的青年同志、中年同志都能夠多多地想，多多地做。 我只能在這里敲鑼打鼓，搖旗吶喊，謝謝大家。

 

 

(演講嘉賓葉叔華：《我今年92歲，我想做兩件事情》)

   

作者：葉叔華

編輯：麥芽楊、凝音

 

 

 

92歲院士葉叔華：我愿為年輕同志搭舞臺，敲鑼打鼓，搖旗吶喊

圖文簡介

葉叔華院士跟大家分享她的科學故事和她現在想做的兩件事情。