拍摄到首张黑洞照片,这位中国92岁女院士功不可没
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想必前几天公布的黑洞照片刷爆了所有人的朋友圈。
然而很多人关心,在为黑洞拍照的过程中,是否有中国科学家的身影。在这里,可以非常自豪地告诉大家,中国没有缺席。
中国科学家长期关注高分辨率黑洞观测和黑洞物理的理论与数值模拟研究,在事件视界望远镜(EHT)国际合作形成之前,就已开展了多方面具有国际显示度的相关工作。
EHT之所以能够拍摄到黑洞的照片,得益于天文学领域的VLBI(甚长基线干涉测量技术)技术,这项技术1967年在全球首次成功应用,并于上世纪70年代引入中国。在中国天文界,可以说没有这个人的推动就没有中国的VLBI技术。
她就是中国天文泰斗、国际著名天文学家,如今已经92岁高龄的中国科学院院士叶叔华。
叶叔华
家国危难,漂泊求学
1927年,叶叔华出生于广州的一个清贫之家。在父亲的影响下,她从小就特别喜爱文学,阅读了大量的古今中外名著,因而奠定了日后做人做事的格调与品行。
在她读小学时,父亲为了谋生,举家搬迁至香港。由于广东开埠较早,男女平等的观念深入人心,在香港更是如此。加上开明的父亲支持,因此叶叔华虽然是女孩子,但在求学时并未遇到阻碍。
1945年抗战胜利,中山大学招生,叶叔华的初衷是报考文学专业。可是父亲坚决不同意,担心念文学将来连饭都吃不上,想让她学医。
叶叔华坚决不肯,三次修改志愿,最终双方各退一步,填报了数学系。中山大学当时没有单独的数学系,只有数学天文系。叶叔华以理学院第一名的高分,被中山大学数学天文系录取。
1949年6月,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
由于是数学天文系,要读数学和天文学的专业课程,所学的课程涉及面很广。比如物性学,现在物理专业的学生也未必涉及的,叶叔华当年都学了。系里有门叫实变函数的课程,是学生公认最难的课,很少有人能过,但叶叔华高分通过,其中当然少不了埋头苦读的辛勤汗水。
叶叔华从中山大学毕业时,正是广州解放前夕,人心浮动,刚毕业的大学生去哪里能找到工作?当时叶叔华的父亲在香港,于是又回到香港,在当年就读过的初中任教,并建立了自己的家庭,工作与生活都相对安定。
尽管有了一份稳定的工作,但叶叔华始终放不下自己的研究。新中国成立后,叶叔华对祖国的前途充满了希望和憧憬,她渴望能够投入祖国的建设行列,以自己所学的知识报效国家。
1950年,叶叔华回到上海,找到隶属紫金山天文台的徐家汇观象台。当时徐家汇观象台的名额很紧张,叶叔华提笔给紫金山天文台的台长、著名天文学家张钰哲先生写了一封信,列举了自己应该受聘的5点理由。
叶叔华的大胆和冲劲,引起了张钰哲的兴趣。他发现,叶叔华是个不可多得的天文人才。在张钰哲的帮助下,叶叔华进入了徐家汇观象台工作,她也是徐家汇观象台的第一位女性研究人员。
从枯燥的数字中走向灿烂辉煌
徐家汇观象台是上海天文台的前身,由法国人创建。之所以在上海建立天文台,就是为了观星测定时间。
这种测定时间的方法是以地球的自转运动为基准,通过观测不同恒星在天空中的位置而得到标准时间。测定时间后,通过无线电系统发送给在上海附近海面上的航船。航船对比时间讯号与格林尼治时间,就可以确定自己所在的经度。新中国成立后,测绘地图同样需要用这种方法,通过精确定时来确定方位。
当时在巴黎有一个名为国际时间局的机构,其分支分布在世界各地有条件进行时间观测的天文台,每半个月向该局报告一次观测结果。国际时间局经过周密计算,确定的时间就称之为世界时。徐家汇观象台是中国唯一一家参加世界联合观测的天文台,负责向上述机构发送观测结果。
这也正是叶叔华当年做的工作——看星星,定时间。听起来很浪漫,但每个夜晚对着天空仔细观测每颗星星位置的细微变化,还要进行大量复杂的计算,不仅不浪漫,反而很枯燥。
和常人一样,满怀热情报效祖国的叶叔华才干了三天就烦了。那时,叶叔华在一个半地下室里工作,楼上楼下、白天夜晚,每天重复记录着阿拉伯数字。叶叔华觉得没有意思,因为她平常最讨厌数字,感到数字实在是太枯燥了,她在读书的时候绝没有想到自己的一生会和枯燥的数字打交道。
叶叔华在枯燥的记录中慢慢理解了时间工作的意义。当时全世界十几个天文台合作制定标准世界时,中国的工作精确度总是排在最后。叶叔华从中感到了自己肩负的重担,于是发奋工作。
精准的时间,不仅为人们日常生活所需要,而且在各种尖端领域中有着更为重要的应用。1958年,我国提出建立自己的标准时间系统,叶叔华是主要带头人。刚开始,我国测量时间的精确度在全世界是倒数的水平。叶叔华说:“我们就觉得这个天文台,是从法国人手里接管的,我们当然有责任要把它变好,对吧?就算是没有国家的要求,你也会觉得总不能比法国人差。”
1964年,叶叔华在丹容等高仪上进行观测记录,地点是中国科学院上海天文台
几十年前,全中国只有徐家汇这一家天文台提供这项服务,叶叔华带领同事进行世界时精确测定和地球自转移动研究。他们克服了许多难以想象的困难,终于找到了一套适合我国具体情况的综合世界时计算处理方法。
1963年,其精确度已经跃居世界第二,此后一直保持世界领先水平。1965年,我国结束了采用别国时间讯号的历史,北京时间自此沿用至今。
一手促成亚洲第一射电望远镜
在攻克有关世界时的难点之后,叶叔华又与科研人员一起探索地球运动的规律,研究地球自转、极移及其变化机制,先后撰写出论文报告数十篇,并多次在高层次的国际学术会议上交流。
天文地球力学是天文学与地学的交叉学科,早在70年代中期,叶叔华就发现这一学科在世界崛起将要对我国天文事业所带来的冲击。因此,刚刚走出牛棚的叶叔华第一件事就是到图书室查阅国外天文学的最新进展,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,她心里感受到很大的冲击。
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
叶叔华以一个科学家的敏锐性发觉,天文地球力学在全人类的生产和生活中发挥巨大的作用,如果中国不重视,不迎头赶上,中国天文界的优势就会不复存在。叶叔华自己身体力行首先进行了这一新学科的开拓工作,使我国这一学科的研究没有落伍。
1973年,叶叔华大胆地提出要在我国发展甚长基线干涉测量(VLBI)技术,但当时要建立我国的VLBI系统,面临着诸多困难,例如:对于新技术没有经验、缺乏高档的电子元器件和测量仪器以及科研经费不足等等。
叶叔华提议在国内建3个站形成VLBI网
对此,叶叔华想到了“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,从很大程度上推动了我国VLBI课题研究工作的进展。
在叶叔华的努力下,我国于1979年建成了6米射电望远镜,并开始参与美国和欧洲等一系列国际联测。接着,在叶叔华的带领下,上海天文台射电天文研究室规划了中国VLBI网的概貌:新建乌鲁木齐25米射电望远镜,改建昆明10米射电望远镜,改进上海25米射电望远镜及数据处理中心。这使得上海天文台和中国天文界迅速赶上了20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。
亚洲第一的射电望远镜——天马望远镜的建成,也是叶叔华一手促成的。这台65米口径的射电望远镜于2012年建成后,不仅圆满完成了嫦娥三号的测轨任务,更在国际VLBI网中发挥着主将作用。这台位于上海松江天马山脚下的天马射电望远镜,正是本次黑洞照片拍摄的重要观测站之一。
亚洲第一的射电望远镜——天马望远镜
年过九旬仍坚持每天工作
1981年,叶淑华出任上海天文台台长,她是我国首位女天文台台长。随着改革开放的起步,中外天文界的学术交流也丰富起来。叶叔华到美国、欧洲等地考察之后,发现外国的天文台已经开始用新的仪器和技术手段进行观测,她随即在上海天文台开始推进这项工作,逐步建立了属于我国的先进天文仪器体系。
1981年,叶叔华(左一)与新当选的全部14名女学部委员在第四次学部委员大会期间合影
观测精度的极大提高,使得天文台的作用不仅局限于测定时间,还可以观测地球板块运动、海平面变化等等。由此,一个崭新的分支学科——天文地球动力学形成了。这项研究云集了100多名科研人员和30多名专家教授,叶叔华出任该项目的首席科学家。
1994年,叶叔华主持了亚太空间地球动力学国际合作计划。这是少数几个以我国为主体的大型国际科研合作项目之一,我国负责中央局和秘书部的工作,在项目中始终起着核心作用。参与的除了我国,还包括美国、德国、日本、澳大利亚等国家,项目一直延续至今。
同年8月,紫金山天文台将一颗新发现的小行星命名为“叶叔华星”。按照国际惯例,小行星由发现者命名。而在我国,能冠名小行星的,都是行业中的顶尖人物,如祖冲之、沈括、巴金等,这充分说明了叶叔华在天文科学中的地位。然而,她自己从来没有刻意地观测过天空中用自己名字命名的这颗星星。
2005年,78岁的叶叔华还活跃在她所挚爱的天文领域。那一年,叶叔华和同事们参与了我国升空探月工作。
探月卫星飞向月球时会进行变轨,需要精确计算运行轨道.而精确计算的前提是精确测量。由于月亮和地球之间的距离大约为38万公里.而我国的精确测距范围最远只有8万公里,“嫦娥一号”的变轨成为一大难题。以叶叔华为首的专家组,正是利用甚长基线干涉测量技术,成功攻克了这一技术难关。
如今,92岁叶叔华至今仍每天去工作,年纪越大,越有好奇心。叶叔华表示,她所做的一切,都是为了国家。她真切地希望中国的射电天文能够走向世界的前沿,成为我国天文领域真正领先的项目之一。92岁的她奋斗在天文领域数十年,矢志不渝。她认为,科技强国的建设需要年轻一代人领跑,希望年轻人能够多听、多看、多做、多钻研,有机会就要投身到科学事业中。
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