本文为2019年3月23日“我是科学家”年度盛典——科学与你，探寻万物的联结 | 叶叔华 演讲实录：

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。

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》