本文為2019年3月23日“我是科學(xué)家”年度盛典——科學(xué)與你，探尋萬(wàn)物的聯(lián)結 | 葉叔華 演講實(shí)錄：堅守天文六十余載，葉叔華院士為中國的天文事業(yè)發(fā)展貢獻了自己的力量?！拔医衲?2歲了，我現在想奮斗兩個(gè)東西，一個(gè)是SKA到中國來(lái)，另一個(gè)是在空間里搞兩個(gè)VLBI衛星?！?葉叔華院士跟大家分享她的科學(xué)故事和她現在想做的兩件事情。
其實(shí)不是說(shuō)“我想做兩件事情”，我只能說(shuō)“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(yè)上，真正做出“看起來(lái)是真正一件事”的好項目出來(lái)。
我希望我們真正做到領(lǐng)導需要我們所做的那樣，讓我們的科學(xué)從跟跑到并跑，再做到領(lǐng)跑?，F在實(shí)現了嗎？有些項目實(shí)現了，舉例來(lái)說(shuō)，我們的量子通訊衛星，就領(lǐng)著(zhù)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(guān)技術(shù)方面就領(lǐng)先了。但是還不夠，我還希望我們有更多的天文項目能夠領(lǐng)先。
我們國家已經(jīng)參加的最大的國際合作項目，是ITER（國際熱核聚變實(shí)驗堆，后用英文縮寫(xiě)表示）。熱核反應是什么？是從天文、從太陽(yáng)來(lái)的概念。太陽(yáng)50億年間不斷產(chǎn)生能量，是通過(guò)“熱核反應”。兩個(gè)氫原子合成一個(gè)氦原子，還多出一點(diǎn)點(diǎn)的能量，E=mc2。這個(gè)能量后來(lái)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(fā)電裝置上——氫原子有很多，它們合成氦原子以后，也不會(huì )造成危害。如果可行，地球上的電就怎么用都用不完了。這個(gè)項目現在還在進(jìn)行中。
另外一個(gè)大型項目就是SKA（平方公里陣列射電望遠鏡，用英文縮寫(xiě)表示）。
不久以前（3月12日），我們中國有幸作為七個(gè)原始發(fā)起國之一，在羅馬簽了一個(gè)天文臺公約（“羅馬合同”），標志著(zhù)SKA項目開(kāi)始了。
有哪七個(gè)國家呢？
有觀(guān)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(gè)國家很重要，此外還有中國、意大利、荷蘭和葡萄牙。簽訂了協(xié)議會(huì )吸引一些持觀(guān)望態(tài)度的國家堅定信念、陸續參加進(jìn)來(lái)，所以預計共有十個(gè)以上正式成員國家參與SKA。
SKA是什么呢？是一個(gè)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(gè)15米的望遠鏡。這種15米的望遠鏡，要做2500個(gè)，鋪開(kāi)放在南非的類(lèi)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(gè)天線(xiàn)；好多桿子合起來(lái)成為一個(gè)臺站單元；許多臺站合起來(lái)，成為低頻陣列。低頻部分和中低頻部分總共合起來(lái)，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(kāi)始于上世紀末。當時(shí)，世界上所有的射電天文學(xué)家（也包括我們中國的），一起商量，想了很多主意。其中一個(gè)主意就是說(shuō)，不是由很多小望遠鏡，而是通過(guò)數十個(gè)大望遠鏡合成。雖然這個(gè)提議后來(lái)沒(méi)有被采納，但是促成了我們國家“天眼”的建成。
去年國際天文協(xié)會(huì )99周年大會(huì )（即國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì )第30屆大會(huì )）的時(shí)候，我們的“天眼”做了一個(gè)非常漂亮的模型，放在會(huì )場(chǎng)前面，吸引了好多外國朋友觀(guān)看、照相。
雖然“天眼”沒(méi)有被選成SKA的一個(gè)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(gè)很有利、也很有力量的幫助。應該說(shuō)“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(jì)。
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(guān)注，宇宙磁場(chǎng)——地球磁場(chǎng)是其中之一。
有一個(gè)很有名的理論——宇宙爆炸以后，開(kāi)始是黑暗、沒(méi)有亮光，后來(lái)開(kāi)始有恒星，再變成星系，逐步發(fā)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(gè)很值得探究的題目。另外，后來(lái)光明變成好多大大小小的星系、再連成更大的結構，這個(gè)又是怎么過(guò)來(lái)的？
再遠一點(diǎn)，對整個(gè)宇宙學(xué)來(lái)說(shuō)，也有許多問(wèn)題需要解決。暗物質(zhì)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(wèn)題。到底有沒(méi)有大爆炸？后來(lái)發(fā)現整個(gè)宇宙中都有絕對溫度3K多的背景輻射殘余，就證明確實(shí)有。
此外還要看看未來(lái)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(gè)新的家園？
所以你可以看到SKA它所涉及的問(wèn)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(lèi)“到哪里去”也有關(guān)系。
SKA是中國參加的第二個(gè)國際合作大工程，它要在非洲南部建2500個(gè)15米的蝶形天線(xiàn)，在澳大利亞西部建130萬(wàn)個(gè)對數周期天線(xiàn)，投資很大。
SKA的觀(guān)測，跟我們平常把幾個(gè)望遠鏡或者幾十個(gè)望遠鏡搞在一塊，完全不是一回事情。SKA有幾千個(gè)碟形天線(xiàn)、上百萬(wàn)個(gè)低頻望遠鏡，結果就是產(chǎn)生的數據多得不得了。
產(chǎn)生海量數據以后，就要求有區域數據中心來(lái)接收，再把數據轉化成科學(xué)產(chǎn)品，供科學(xué)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(lái)都不及它的1/10。平常幾個(gè)、十幾個(gè)或者三十個(gè)望遠鏡合在一塊，獲得的數據已經(jīng)很多了、都來(lái)不及弄；而現在有幾千個(gè)、幾萬(wàn)個(gè)望遠鏡。何況目前只開(kāi)始第一期建設，后面完全建成后數據還會(huì )增長(cháng)，所以數據規模對科學(xué)、技術(shù)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(gè)視場(chǎng)里頭尋找目標。但SKA不像視場(chǎng)那樣簡(jiǎn)單，來(lái)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(guò)程，而且還要不斷地修正、改良，想新的處理方法出來(lái)。所以我覺(jué)得數據中心很重要。
數據中心里頭，應該有天文學(xué)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(gè)小組、幾個(gè)小組地進(jìn)行數據處理和科學(xué)問(wèn)題的提煉。但是也該有個(gè)集中的地方，每年或者每幾年大家開(kāi)個(gè)會(huì )，討論如何為中國爭取更好的結果。
經(jīng)過(guò)20多年醞釀，到最近SKA的方案才定下來(lái)。早期準備做個(gè)1/10的規模，要是覺(jué)得裝置、運行都沒(méi)有問(wèn)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(gè)大科學(xué)裝置確實(shí)對天文界來(lái)說(shuō)，是一件很大的事情，所以我們覺(jué)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(lái)。他來(lái)了以后，我們就邀請分管科技的吳清副市長(cháng)（圖右四）來(lái)跟他見(jiàn)面。這一排，最矮的這個(gè)就是我（圖左四），我左邊兩位是現任臺長(cháng)（沈志強，圖左三）和前任臺長(cháng)（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(xué)家（安濤，左一）。右三是市政府副秘書(shū)長(cháng)（陳鳴波），右二是市科委主任（張全），還有我們中國科學(xué)院上海分院的院長(cháng)（王建宇，右一）。
我們政府聽(tīng)聞?dòng)幸粋€(gè)SKA的總干事來(lái)訪(fǎng)，就組織了一次談話(huà)。在這次談話(huà)中，他（Diamond）向副市長(cháng)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(gè)區域數據中心能夠在中國建設，尤其是上海。當時(shí)，副市長(cháng)表示了對這個(gè)項目的支持，我們聽(tīng)了以后都非常高興。
如果我們在上海做一個(gè)數據中心，這個(gè)中心應該首先是為中國科學(xué)家服務(wù)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(lái)西亞這一片東亞的用戶(hù)和科學(xué)家就都可以參與進(jìn)來(lái)。甚至不僅是亞洲的，能變成亞太地區一個(gè)大的中心。估計全世界一共會(huì )有四、五個(gè)最大規模的數據中心，也不會(huì )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(shù)方面，中國也參加了不少SKA的工作包。前面說(shuō)到，要做2500個(gè)望遠鏡放在非洲，我們中國工業(yè)部門(mén)、電科集團的五十四所，他們設計的望遠鏡已經(jīng)通過(guò)驗收，即將被采用。那這些望遠鏡歸誰(shuí)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(lái)，也許還有盈余了。
除此之外，技術(shù)方面還有時(shí)間訊號的傳遞問(wèn)題。這個(gè)好像是清華大學(xué)在做，他們已經(jīng)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(shù)力量。同時(shí)，SKA項目對我們望遠鏡技術(shù)的提高，對我們參加到國際競爭上面去的幫助，是毫無(wú)疑問(wèn)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(qián)，所以在剛剛列出來(lái)的好多科學(xué)問(wèn)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(gè)很有力的SKA科學(xué)家——武向平院士，已經(jīng)跟很多科學(xué)家——包括好幾個(gè)天文臺的、大學(xué)的同行——一起為中國參加的SKA列出十個(gè)重要的研究方向；而且出了一本很厚的白皮書(shū)，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(gè)很好的觀(guān)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(tīng)說(shuō)他現在還做另外一個(gè)，還要搭一臺東西。
SKA確實(shí)在技術(shù)上有很多挑戰，但它是將要帶動(dòng)整個(gè)天文界的“大工作”，需要不止50年的持續研發(fā)。最后得到的科學(xué)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(xué)的小朋友，以后能投身到SKA事業(yè)當中，為中國爭取榮譽(yù)。
這是我所期望的第一件事情。
除了這個(gè)項目之外，我最近還做一點(diǎn)科普。我在前幾年向市里頭提議，應該有一個(gè)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(gè)技術(shù)的推廣，叫“VLBI（甚長(cháng)基線(xiàn)干涉測量技術(shù)，后用英文縮寫(xiě)表示）”。
左邊這張照片，是美國天文學(xué)家馬歇爾·柯恩（Marshall H. Cohen，右五）來(lái)推介VLBI時(shí)拍攝的。
VLBI技術(shù)在1967年成功，我在1970年就想在中國干這個(gè)活了。當時(shí)我想，在中國建設，應該響應很快。我當時(shí)就考慮在上海、烏魯木齊、昆明搞一個(gè)三角網(wǎng)（如圖）。
VLBI的秘訣在哪里？基線(xiàn)有多長(cháng)，就相當于有這么長(cháng)、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(shí)我們做的是25米射電望遠鏡，但是只做了兩個(gè)；在昆明的沒(méi)做成，因為沒(méi)有錢(qián)了。國家當時(shí)也沒(méi)有錢(qián)，能夠支持做兩個(gè)，已經(jīng)很了不得了。
但是后來(lái)有一個(gè)機會(huì )，我們參加了嫦娥工程。當時(shí)有個(gè)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(gè)任務(wù)：我們來(lái)幫助進(jìn)行測軌、定軌。
整個(gè)過(guò)程，是望遠鏡先獨立進(jìn)行觀(guān)測，再將數據傳輸到上海，由上海的處理機進(jìn)行相關(guān)處理和計算。當時(shí)設立的目標，是從觀(guān)測開(kāi)始，10分鐘之內把軌道上報。
這件事情我在國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì )（IAU）的會(huì )議上講過(guò)，大家都冷場(chǎng)，沒(méi)有一人發(fā)言。因為天文學(xué)家的觀(guān)察，是如果今天做不成，第二天你還會(huì )再做；沒(méi)有人說(shuō)10分鐘一定出結果，當時(shí)還沒(méi)有人能做到這樣。但是后來(lái)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(tīng)了以后，心里都嚇一跳：要是1分鐘做不出來(lái)怎么辦？結果負責的同志說(shuō)，1分鐘完全能做出來(lái)，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?，F在還提議，是否能夠測太陽(yáng)系邊緣。我想問(wèn)題不大，因為當時(shí)美國去探測冥王星的時(shí)候，我們也試過(guò)，都還有訊號。
除此之外，我還想讓VLBI走向空間。剛剛說(shuō)到宇宙黎明（宇宙大爆炸黑暗時(shí)期結束之后的光明），這一段的觀(guān)測只能用低頻射電，好多人都在嘗試做這個(gè)事情，SKA里頭也有這樣一個(gè)項目，而且是最重要的科學(xué)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(jīng)有過(guò)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(gè)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(gè)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(zhuān)門(mén)的VLBI，自己聯(lián)線(xiàn)起來(lái)。
雖然地面上兩米光學(xué)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(lái)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(méi)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(gè)方案在技術(shù)上，我們中國承擔得起，但是仍然希望有更多的國家來(lái)參加，因為可以做更多事。
比如，在地面上要看引力波，波長(cháng)有限。兩個(gè)觀(guān)測站之間的距離頂多是地球的直徑，因此你所探測的實(shí)際上是高頻引力波，低頻引力波就沒(méi)辦法。
在我看來(lái)，對SKA項目，中國會(huì )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(lǐng)跑，做到一些別人還沒(méi)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》
