叶叔华（1927年6月—），天文学家，中国科学院院士。主持建立和发展中国综合世界时系统，其精度从1963年起一直保持国际先进水平。20世纪60年代后期起，开始研究运用新技术测定地球自转运动（世界时和极移）和地壳运动的方法，在上海天文台建立了与世界同步的人造卫星激光测距和甚长基线干涉站。

时间是什么？是日升日落、斗转星移，还是钟表上滴滴答答的秒针？我们每个人都生活在时间的掌控之下，遵守着时间的规则。没有精确统一的时间，我们的生活就会乱套。叶叔华先生的工作，给了全中国人民精准可靠的时间服务。

漫游时间：中国综合世界时系统的建立

为了确定统一的时间，人们选用地球自转运动来衡量时间的流逝。随着人类活动范围的扩大，对远距离、高精度的时间也有了越来越高的要求。无线电技术诞生后，无线电时号的问世标志着人类授时工作进入了新时期。世界时是以地球自转周期为标准的时间计量系统。世界时授时工作的基本任务就是给出准确的时刻，其工作程序包括天文测时、守时、播时、收时及时号改正数。依照某一时号对应于天文钟的钟面时，求出时号发播的准确时刻与时号发播时刻的名义值之差，就是时号改正数。应用部门在收录时号的数值上加上时号改正数，就能得到该瞬间的准确时刻。因此，一个国家给出的标准时刻如何，最后就表现为时号改正数的精确度如何。

20世纪中期，国际上的综合世界时系统有两个：一个是位于巴黎的国际时间局；另一个是苏联时间局。自1939年起，徐家汇天文台就参与了国际时间局的工作。1954年，徐家汇天文台加入了苏联授时系统。自那以后，中国的测绘部门直接使用苏联发播的时号和时号改正数，而不用徐家汇发播的时号。彼时新中国刚刚成立，各方面建设急需全国的精密地图，而落后的时间工作拖了精密测绘的后腿。1954年，国务院要求科学院做好时间工作，次年，从紫金山天文台调来王绶琯来主持徐家汇天文台的时间工作，于是人员和设备都得到了加强。1957年，徐家汇天文台使用大型石英钟组来发播时号，质量达到了国际先进水平。同年，中国科学院召开时间工作会议，测绘部门认为徐家汇天文台的时间信号精度很好，完全可用。会议认为，因为上海地处东部沿海，发播的时号不易在西部收到，建议在我国中部建立新的授时台站，还要建立中国自己的世界时系统。最后这个项目落实到了徐家汇天文台，由年仅32岁的叶叔华承担。

举国上下都怀揣着对独立自主的殷切期盼和向往，以至于许多人没有意识到，这个决议背后蕴含着多大的困难和障碍。当时的国际时间局系统有39个天文台合作，苏联授时系统也有14个天文台合作。而当时中国只有上海徐家汇观象台和南京紫金山天文台两家，测时仪器仅有6架。在这样的条件下，要做出可以媲美国际时间局和苏联系统的东西，实在是太难了。

年轻的叶叔华没有退缩，她明白，建立中国自己的世界时系统，就必须和国外走不一样的道路，根据中国实际的情况和需要开展行动，摸索中国自己的方式。

叶叔华带领的团队，首先要解决的是天文测时的技术问题。天文测时不仅受观测仪器本身的精确度限制，还因观测环境、观测仪器及观测者的不同而呈现出各种误差。消除各个仪器所具有的系统误差的方法就是建立综合系统。对多个台站的测时结果进行处理归算即得到综合时号改正数。当时国际上的综合时号改正数有两种，国际时间局的“确定时”和苏联的“标准时刻”。

一开始，叶叔华遵循国际时间局的原则计算综合时号改正数，假设若干台站系统差之和为零。国际时间局以台站为单位，先做出每个台站根据自己的观测结果而定的时号改正数，取若干台站的加权平均或简单平均。这一方法要求台站组成一年内不变动。由于国际时间局的合作台站不仅数量多，且台站组成自1954年起就保持稳定，所以这一方法是适用的。但在授时台数量少、观测仪器也不够稳定的中国，国际时间局的原则在中国根本行不通。

叶叔华想到，不是要这个系统差总和为零，而是系统差的变化总和为零。基于这样一个原则，叶叔华找到了适合中国的综合时号改正数处理方法：以观测者为单位，按观测组数和稳定性取权。

确定系统后，还要维持系统的长期稳定，叶叔华发现，设各观测者人仪差偶然变动的权平均为零，就适合了台站较少、仪器不多的具体情况。随后，北京授时组、武昌时辰站陆续加入系统，台站数量变动较大，而系统仍然保持了长期的稳定。

通过对1963—1964年的工作做了比较全面的分析，叶叔华所确定的我国综合时号改正数精确度的均方误差为±0.0025秒。1963年，中国综合时号改正数系统采用了新的经度值并重新调整后，和苏联系统在1963年平均只有1.3毫秒的系统差，和国际时间局的系统差也只有2.0毫秒。我国的综合时号改正数自建立到1963年以来，系统差变化幅度仅为7.1毫秒，其精确度已达到世界先进水平，超过了苏联，排在世界第2位。1965年，经过中国科学院组织的鉴定，认为我国的综合时号改正数已进入国际先进水平的行列。由科技部通告成为国家的世界时基准。

中国VLBI网的探索之路

甚长基线干涉仪（VeryLongBaselineInterferometer，VLBI）最早出现在1967年的美国和加拿大，是射电天文学领域里的一项新技术。与通常射电干涉仪不同的是，VLBI的干涉仪两端是完全独立的，无须任何电缆连接，基线的延长不受限制，两天线可以放在地球上可能放的任何距离上。原则上甚至可以将基线的一端置于空间卫星或月球上，以得到更长的基线。甚长基线干涉技术等新技术的出现将测量精度一下子提升了一个数量级以上。美国、加拿大、欧洲等国家和地区纷纷投入，将VLBI应用于各种领域，如天体演化、地球动力学等。

叶叔华敏锐地察觉到，天体测量的时代变了，只有发展新的观测技术，中国才能不被世界所淘汰。她看中了VLBI技术在天体测量和大地测量方面的应用前景，特别是在天体物理上的应用。然而，20世纪70年代初的中国想要跟上实力雄厚的欧美国家的步伐发展VLBI技术，可以说是困难重重。但叶叔华清楚，在中国发展VLBI并不是完全不可能。VLBI技术耗资巨大且技术复杂，其需要的设备主要有口径30米左右的射电望远镜、高稳定性能的本振系统、磁带记录器和数据处理终端。其中，最难攻克的就是要用氢原子钟来实现本振系统。当时国际上对中国实行封锁，中国只能靠自己的力量研制氢原子钟。

1975年，我国研制成功了第一台氢原子钟，这为我国VLBI实验扫清了一大障碍。1987年，中国制造出实用型氢原子钟，其稳定和准确度较过去的更高，达到了国际同类产品的先进水平。迄今为止陆续被安装在佘山、乌鲁木齐、昆明和密云4个VLBI观测站，运转良好，满足了VLBI观测的需要。

1973年，在叶叔华的建议下，上海天文台决定在第一研究室建立射电天文研究小组，主要从事VLBI技术的研究，成员主要有万同山、邬林达和梁世光等。

为了推动VLBI的建设，叶叔华用尽了浑身解数。她不仅北上北京寻得资金的支持，还靠着自己的执着，得到了原本保密的上海天文台地心坐标可以对外公布，奠定了国际合作的基础。同时还说服第四机械工业部副部长王士光，建造了25米的抛物面天线。在叶叔华的努力下，VLBI在中国发展的道路一点点被铺平。

1978年，叶叔华被任命为上海天文台台长。次年，上海天文台自行研制的天线口径6米的“实验VLBI系统”建设完成，并进行了多次干涉实验，获得干涉条纹。这标志着中国首次完成了以氢原子钟为频标的独立本振VLBI原理实验。

当时国内还未进行VLBI观测实验，天线口径只有6米，所以决定寻求国际上大口径天线合作进行跨国VLBI实验。中国和德国的马普射电研究所（天线口径100米）、日本的通信综合研究所（天线口径20多米）达成了合作关系，分别于1981年和1985年实现了国际联测。这两次联测大大提高了上海天文台在国际上的地位，为中国加入国际网铺平了道路。

由于资金限制，1987年，上海天文台的25米VLBI台站建成后，原计划在乌鲁木齐和昆明各建一个VLBI观测站不得不折中，只建造其中一个。为了获得更大的分辨率，叶叔华果断选择了乌鲁木齐。该项目命名为“VLBI网二期工程”，并确立了工程总负责人为叶叔华。1994年，乌鲁木齐VLBI站建成。但叶叔华心里始终有一个牵挂，她想要建成中国的VLBI网，她想要看到VLBI技术更广阔的应用空间。为此，叶叔华一直在等待机会。

VLBI技术与“嫦娥一号”

2004年，绕月探测工程正式立项，其主要任务是发射“嫦娥一号”月球卫星。叶叔华知道，这是建成中国VLBI网的机会，也是VLBI技术大显身手的机会。与发射绕地卫星不同，“嫦娥一号”人造卫星的发射要跨越38万千米的路程，这对测控设备的要求极高。叶叔华和钱志瀚在洪晓瑜台长的带领下，主动提出上海天文台承担探月卫星测轨任务。将天文观测系统运用于航天工程，叶叔华等天文学家面临着更具难度的挑战。

如何使VLBI网运用于“嫦娥一号”的测轨任务？我们已经知道，VLBL技术的先进之处在于其无须电缆连接，我们可以应用其制造一台“超级望远镜”，其口径相当于各个射电望远镜之间的地理跨度。所以，VLBI站的地理间隔越远，其分辨率就越高。要实现射电望远镜对人造卫星的精确测轨，就要建成数量尽可能多、距离尽可能远的VLBI站。终于，北京密云和昆明VLBI站得以建成，并与上海站、乌鲁木齐站联网，由4个VLBI站组成的“超级望远镜”，口径达到了3200千米左右。在不同位置的射电望远镜在不同角度测得的卫星数据，经上海VLBI数据处理中心处理后，传至北京飞控中心，这整个系统被称作“VLBI测轨分系统”。2007年，VLBI测轨分系统建成，并具备了对“嫦娥一号”卫星全程准实时的测轨能力。

在VLBI技术的支持下，探月“嫦娥一号”卫星任务圆满完成。这不仅是我国首次将VLBI技术运用于航天工程，也是世界上首次将VLBI技术应用于探月卫星的奔月轨道。“VLBI技术应用于‘嫦娥一号’探月卫星的精密测轨”获得2008年上海市科学技术进步奖一等奖。

叶叔华历尽心血建成的中国VLBI网，终于得到了其应得的应用。看到“嫦娥一号”升空的那一刻，叶叔华感到极大的宽慰和满足。

VLBI网支持探月成功后，在上海市领导召见有关人员的会议上，叶叔华提出上海的VLBI天线仅有25米口径，口径偏小且设备比较老旧，又承担了整个绕月探测工程中重要的测轨任务。由此促成了中国科学院与上海市合作的65米射电望远镜的建成，不但用于我国深空探测等国家任务，而且在天文学研究上，发挥了重要作用。

从20世纪70年代开始，中国VLBI网的建设之路蜿蜒曲折30年，这些年，从争取项目立项到经费支持，开拓国内外合作，叶叔华先生一直是这一项目的领头人。没有叶叔华，就不会有VLBI技术在中国的发展。叶叔华是中国VLBI技术发展的开拓者和奠基人。

转眼间，叶叔华已经93岁高龄了，她与时间测量、与天文地球动力学的羁绊也长达70年之久，但她没有停下寻找时间的脚步。早就过了退休年纪的叶叔华仍然坚持着每天九点到办公室上班，看文献读书了解国际上和台里的最新进展。“如果再能把SKA亚洲科学数据中心和空间中低频段射电望远镜这两件事都给办好了，我的任务也就完成了！”叶叔华眼里充满希望的样子，仿佛她还是那个充满干劲的、年轻的自己。

       （撰稿：吴紫露）

参考文献

[1]叶叔华，吴守贤.我国的综合时号改正数[J].测绘学报，1966（1）：1-16.

[2]张嘉懿，宁晓玉.20世纪60年代中国综合世界时系统的建立[J].咸阳师范学院学报，2016，31（6）：25-29.

[3]宁晓玉.经纬乾坤：叶叔华传[M].北京：中国科学技术出版社，2018.

[4]董纯蕾.全国创新争先奖状获得者叶叔华院士：为国家需要发光发热，是幸运的[EB/OL].

（2020-06-17）[2020-08-09].http：//newsxmwb.xinmin.cn/kechuang/2020/06/17/31747920.html.