[科普中国]-92岁院士叶叔华：我愿为年轻同志搭舞台，敲锣打鼓，摇旗呐喊

坚守天文六十余载，叶叔华院士为中国的天文事业发展贡献了自己的力量。“我今年92岁了，我现在想奋斗两个东西，一个是SKA到中国来，另一个是在空间里搞两个VLBI卫星。” 叶叔华院士跟大家分享她的科学故事和她现在想做的两件事情。

叶叔华演讲视频：

以下为叶叔华演讲实录：

其实不是说“我想做两件事情”，我只能说“92岁了，我还能做什么”。 我只能给我们年轻的同志搭舞台，去敲锣打鼓，摇旗呐喊，希望以后中国能够在我们的天文事业上，真正做出“看起来是真正一件事”的好项目出来。

我希望我们真正做到领导需要我们所做的那样，让我们的科学从跟跑到并跑，再做到领跑。 现在实现了吗？ 有些项目实现了，举例来说，我们的量子通讯卫星，就领着人家跑了。

演讲嘉宾叶叔华：《我今年92岁，我想做两件事情》

天文方面呢？ 我们500米口径的“天眼（500米口径球面射电望远镜，也即FAST）”，在相关技术方面就领先了。 但是还不够，我还希望我们有更多的天文项目能够领先。

我们国家已经参加的最大的国际合作项目，是ITER（国际热核聚变实验堆，后用英文缩写表示）。 热核反应是什么？ 是从天文、从太阳来的概念。 太阳50亿年间不断产生能量，是通过“热核反应”。 两个氢原子合成一个氦原子，还多出一点点的能量，E=mc²。 这个能量后来被用在什么地方？ 很不幸，首先用在氢原子弹上。

而ITER是想研究，能不能控制热核反应，将它应用到发电装置上——氢原子有很多，它们合成氦原子以后，也不会造成危害。 如果可行，地球上的电就怎么用都用不完了。 这个项目现在还在进行中。

另外一个大型项目就是SKA（平方公里阵列射电望远镜，用英文缩写表示）。

不久以前（3月12日），我们中国有幸作为七个原始发起国之一，在罗马签了一个天文台公约（“罗马合同”），标志着SKA项目开始了。

有哪七个国家呢？

有观测基地所在的南非（负责SKA中频部分）和澳大利亚（负责SKA低频部分），有总部所在的英国（英国是最早做射电天文的国家之一）。 这三个国家很重要，此外还有中国、意大利、荷兰和葡萄牙。 签订了协议会吸引一些持观望态度的国家坚定信念、陆续参加进来，所以预计共有十个以上正式成员国家参与SKA。

SKA是什么呢？是一个接收面积达到一平方公里的射电望远镜阵列 。图左上角是一个15米的望远镜。这种15米的望远镜，要做2500个，铺开放在南非的类似沙漠又很宽阔的地方。另外还有低频望远镜的阵列（图右下角）。其中，一根杆子就是一个天线；好多杆子合起来成为一个台站单元；许多台站合起来，成为低频阵列。低频部分和中低频部分总共合起来，接收面积要达到一平方公里。

SKA是目前最大的天文合作项目，开始于上世纪末。 当时，世界上所有的射电天文学家（也包括我们中国的），一起商量，想了很多主意。 其中一个主意就是说，不是由很多小望远镜，而是通过数十个大望远镜合成。 虽然这个提议后来没有被采纳，但是促成了我们国家“天眼”的建成。

亚洲第一的射电望远镜——天马望远镜的模型。图片来源：东方IC

去年国际天文协会99周年大会（即国际天文学联合会第30届大会）的时候，我们的“天眼”做了一个非常漂亮的模型，放在会场前面，吸引了好多外国朋友观看、照相。

虽然“天眼”没有被选成SKA的一个单元，但是它仍然能够支持中低频的射电天文研究，对于我们参加SKA也是一个很有利、也很有力量的帮助。 应该说“天眼”是给我们中国天文界争光的一件事情，我们都期待它能跟SKA完全配套，做出很好的成绩。

SKA有很多研究目标。 比如引力波——大家都非常想知道，地外文明——大家也很关注，宇宙磁场——地球磁场是其中之一。

有一个很有名的理论——宇宙爆炸以后，开始是黑暗、没有亮光，后来开始有恒星，再变成星系，逐步发展为我们今天所看到的宇宙。 但是宇宙怎么样从黑暗变成光明呢？ 这是一个很值得探究的题目。 另外，后来光明变成好多大大小小的星系、再连成更大的结构，这个又是怎么过来的？

再远一点，对整个宇宙学来说，也有许多问题需要解决。 暗物质是怎么样的？ 大尺度结构是怎么样的？

大尺度结构，还有最初乔治·伽莫夫（George Gamow）讲的“4K”的问题。到底有没有大爆炸？后来发现整个宇宙中都有绝对温度3K多的背景辐射残余，就证明确实有。

此外还要看看未来的世界。 中国很有名的一部科幻电影《流浪地球》，就是讲地球快要危变、快要不行了以后，我们人跑到哪里去，怎么找一个新的家园？

所以你可以看到SKA它所涉及的问题很多，有很多跟理论物理的研究直接相交，还有很多跟我们人类“到哪里去”也有关系。

SKA是中国参加的第二个国际合作大工程，它要在非洲南部建2500个15米的蝶形天线，在澳大利亚西部建130万个对数周期天线，投资很大。

SKA的观测，跟我们平常把几个望远镜或者几十个望远镜搞在一块，完全不是一回事情。 SKA有几千个碟形天线、上百万个低频望远镜，结果就是产生的数据多得不得了。

产 生海 量数据以后，就要求有区域数据中心来接收，再把数据转化成科学产品，供科学家分析使用。

这些数据跟我们平常接触的完全不一样，是真正的大数据： 现在全世界已有的所有数据加起来都不及它的1/10。 平常几个、十几个或者三十个望远镜合在一块，获得的数据已经很多了、都来不及弄； 而现在有几千个、几万个望远镜。 何况目前只开始第一期建设，后面完全建成后数据还会增长，所以数据规模对科学、技术都是很大的挑战。

这么多的数据，怎么变成要用的东西？ 我们平常都习惯在一个视场里头寻找目标。 但SKA不像视场那样简单，来的是密密麻麻、一大堆东西。 这些数据要变成天文家能够用的形式，再做成天文结果，需要很多中间过程，而且还要不断地修正、改良，想新的处理方法出来。 所以我觉得数据中心很重要。

数据中心里头，应该有天文学家们讨论、研究的地方。 但是这部分不应该仅限一处，而应该在更多的地方——天文家们更愿意一个小组、几个小组地进行数据处理和科学问题的提炼。 但是也该有个集中的地方，每年或者每几年大家开个会，讨论如何为中国争取更好的结果。

经过20多年酝酿，到最近SKA的方案才定下来。 早期准备做个1/10的规模，要是觉得装置、运行都没有问题，就马上把它扩建到整体。 SKA第一阶段建成大概要到2030年，运行估计可以用50年。

这个大科学装置确实对天文界来说，是一件很大的事情，所以我们觉得国家能够参加，是令人非常高兴的。

2018年12月3日，英国总部的菲利普·戴蒙德（Philip Diamond，图左五），现任的SKA的总干事应邀到上海来。 他来了以后，我们就邀请分管科技的吴清副市长（图右四）来跟他见面。 这一排，最矮的这个就是我（图左四），我左边两位是现任台长（沈志强，图左三）和前任台长（洪晓瑜，图左二），还有这位是为了SKA奔走了多年的年轻的科学家（安涛，左一）。 右三是市政府副秘书长（陈鸣波），右二是市科委主任（张全），还有我们中国科学院上海分院的院长（王建宇，右一）。

我们政府听闻有一个SKA的总干事来访，就组织了一次谈话。 在这次谈话中，他（Diamond）向副市长介绍了SKA是什么。 他非常盼望中国能够参加，也特别希望有一个区域数据中心能够在中国建设，尤其是上海。 当时，副市长表示了对这个项目的支持，我们听了以后都非常高兴。

如果我们在上海做一个数据中心，这个中心应该首先是为中国科学家服务的。 但我们希望它以后不光是中国的，还是亚洲的——日本、韩国、泰国、马来西亚这一片东亚的用户和科学家就都可以参与进来。 甚至不仅是亚洲的，能变成亚太地区一个大的中心。 估计全世界一共会有四、五个最大规模的数据中心，也不会太多，毕竟要有相当大的投资。

现在我们中国肯定是要参加了。 但接下要做什么呢？

技术方面，中国也参加了不少SKA的工作包。 前面说到，要做2500个望远镜放在非洲，我们中国工业部门、电科集团的五十四所，他们设计的望远镜已经通过验收，即将被采用。 那这些望远镜归谁造呢？ 当然现在我还不确定是否2500台都归中国造。 要是这样，我们不但成本都可以收回来，也许还有盈余了。

除此之外，技术方面还有时间讯号的传递问题。 这个好像是清华大学在做，他们已经在国际上得到一些承认了。

总而言之， SKA首先考验的是国家整体技术力量。同时，SKA项目对我们望远镜技术的提高，对我们参加到国际竞争上面去的帮助，是毫无疑问的 。

但是我们也要记得，SKA是天文界的项目。 国家投入了这么多钱，所以在刚刚列出来的好多科学问题里，要考虑清楚干什么、希望在哪一方面取得突出性的成果。

目前，我们中国一个很有力的SKA科学家——武向平院士，已经跟很多科学家——包括好几个天文台的、大学的同行——一起为中国参加的SKA列出十个重要的研究方向； 而且出了一本很厚的白皮书，给大家参考。

武向平院士很早之前就单枪匹马跑到新疆去，自己做了一个很好的观测系统——它的作用跟SKA差不多，但是规模比较小、功能比较单一。 听说他现在还做另外一个，还要搭一台东西。

SKA确实在技术上有很多挑战，但它是将要带动整个天文界的“大工作”，需要不止50年的持续研发。 最后得到的科学结果，是天文界要共同努力去完成的一件事情。 我在上海天文台，也花了几年功夫去推介，使得更多的人了解SKA、愿意参与其中。

我十分希望各位青年同志，甚至还在上小学的小朋友，以后能投身到SKA事业当中，为中国争取荣誉。

这是我所期望的第一件事情。

除了这个项目之外，我最近还做一点科普。 我在前几年向市里头提议，应该有一个好的天文馆，就是我们上海天文馆。 左图就是外部的建筑全部完成的样子，比较奇怪，但是非常符合我们天文人的口味。

除了SKA项目之外，我和我上海天文台的同仁还想做一个技术的推广，叫“ VLBI （ 甚长基线干涉测量技术 ，后用英文缩写表示）”。

左边这张照片，是美国天文学家马歇尔·柯恩（Marshall H. Cohen，右五）来推介VLBI时拍摄的。

VLBI技术在1967年成功，我在1970年就想在中国干这个活了。 当时我想，在中国建设，应该响应很快。 我当时就考虑在上海、乌鲁木齐、昆明搞一个三角网（如图）。

VLBI的秘诀在哪里？ 基线有多长，就相当于有这么长、这么大口径的分辨率。 虽然可能灵敏度不够，但是分辨率是很可以的。

当时我们做的是25米射电望远镜，但是只做了两个； 在昆明的没做成，因为没有钱了。 国家当时也没有钱，能够支持做两个，已经很了不得了。

但是后来有一个机会，我们参加了嫦娥工程。 当时有个障碍，就是不能把飞船变轨前后的轨道测得很准。 我跟上海天文台几位同志，就自告奋勇去争取这个任务： 我们来帮助进行测轨、定轨。

整个过程，是望远镜先独立进行观测，再将数据传输到上海，由上海的处理机进行相关处理和计算。 当时设立的目标，是从观测开始，10分钟之内把轨道上报。

这件事情我在国际天文学联合会（IAU）的会议上讲过，大家都冷场，没有一人发言。 因为天文学家的观察，是如果今天做不成，第二天你还会再做； 没有人说10分钟一定出结果，当时还没有人能做到这样。 但是后来我们最后做到平均6分钟出结果，更快。

现在的射电望远镜是65米了，灵敏度更高。 而最近嫦娥四号的要求是1分钟。 我听了以后，心里都吓一跳： 要是1分钟做不出来怎么办？ 结果负责的同志说，1分钟完全能做出来，甚至有一次只用了半分钟。

嫦娥工程做完了以后，还要到火星、木星上、小行星上去。 现在还提议，是否能够测太阳系边缘。 我想问题不大，因为当时美国去探测冥王星的时候，我们也试过，都还有讯号。

除此之外，我还想让VLBI走向空间。 刚刚说到宇宙黎明（宇宙大爆炸黑暗时期结束之后的光明），这一段的观测只能用低频射电，好多人都在尝试做这个事情，SKA里头也有这样一个项目，而且是最重要的科学方向。

既然是低频，那为什么不可以到空间去？ 当然可以，并且已经有过先例： 先是有日本的小望远镜（口径8米），再是有俄罗斯的一个大望远镜（口径10米），所以能做的事情不是很多。

我们现在建议放两个口径30米的射电望远镜。 它们可以和地面上的大望远镜（包括SKA、FAST等等）组合； 也可以在空间上设置专门的VLBI，自己联线起来。

虽然地面上两米光学望远镜不算什么，但是美国将它放到空间以后，得到了很多现在看来还很宝贵的结果。 因为中低频射电在地面上的干扰非常严重，到了空间，这些干扰都没有了。

所以我跟天文台的几位同志，想把中低频射电望远镜搬到空间中去。 这个方案在技术上，我们中国承担得起，但是仍然希望有更多的国家来参加，因为可以做更多事。

比如，在地面上要看引力波，波长有限。 两个观测站之间的距离顶多是地球的直径，因此你所探测的实际上是高频引力波，低频引力波就没办法。

在我看来， 对SKA项目，中国会做出很重要的补充：FAST是地面上的补充，空间VLBI是空间上的补充——对我们中低频射电天文的研究是十分重要的 。

国家现在对我们的要求很高，

要求我们要领跑，做到一些别人还没做到的事情。

我们应该做到，我们可以做到。

如何做到呢？ 希望我们在座的青年同志、中年同志都能够多多地想，多多地做。 我只能在这里敲锣打鼓，摇旗呐喊，谢谢大家。

(演讲嘉宾叶叔华：《我今年92岁，我想做两件事情》)

作者：叶叔华

编辑：麦芽杨、凝音