夜空中有一顆以她名字命名的星星：「北京時間之母」的天文學人生 | 物理繁星閃耀時（十三）

1927年6月21日，葉叔華出生於廣東廣州的一個基督教牧師家庭，在家中六個孩子中排行第三，按「伯仲叔季」的排行順序取名，父親為她取名葉叔華。廣州當地較早接觸西方文化，民眾生活和思想相對開放，許多新潮流如放足、剪辮、穿西服、戴洋帽等最早在此興起。廣州女性思想意識覺悟較早，普遍接受學校教育，社會風氣較為開放且獨具冒險精神。葉叔華在這樣的環境中出生和成長，她的性格中流露出明顯的地域特徵，這為她日後的工作打下了深刻的烙印。

葉叔華的父親葉潤生給予所有孩子平等的受教育機會，儘管家境困難，但仍竭盡全力營造和睦的家庭氛圍。1939年9月，12歲的葉叔華進入香港德貞女中讀書，經過幾年學習，打下了堅實的英語基礎，加之出色的口才，這在她後來的職業生涯中發揮了極其重要的作用。1941年，葉叔華初中畢業後進入香港培道女中讀高中。然而，1941年12月25日香港被佔領，次年四月，她隨父親的朋友逃至廣東北部的樂昌縣，並考入當地的國立第三華僑中學，從高一開始重新學習。

1945年抗日戰爭結束，葉叔華在顛沛流離中高中畢業，當時只有中山大學來招生。在填報志願時，父女倆發生嚴重分歧。葉叔華認為中華五千年文明，古文優美值得投身，但同樣喜歡文學的父親從現實角度出發，勸她學醫或選擇自然科學專業，以對社會貢獻較大且保障將來生活無憂。在文學與醫學之間，父女倆相持不下，報考志願書幾經塗改。最終，在父親的勸說下，葉叔華答應報考中山大學數學天文系，將來當老師。

1945年葉叔華進入中山大學時，天文尚未從數學天文系中獨立出來，直到二年級才開始分數學和天文專業，葉叔華面臨再次選擇。對於葉叔華自己而言，雖選擇了數學，但內心對所學專業仍不明確，不清楚真正興趣和未來職業方向。直到聆聽鄒儀新教授的天文學課程，她才初步感知到天文學是一門美妙的學科，從而明確了自己的興趣。

▲1949年6月，國立中山大學理學院數學天文系頒給葉叔華的臨時畢業證書

在中山大學，葉叔華還結識了人生伴侶程極泰。程極泰1923年4月出生於江蘇南京一個布匹商人家庭，家境殷實。戰亂中，他高中畢業考入武漢大學礦冶工程系，但真正感興趣的是天文學。在武漢大學期間，他常學習研究天文資料書籍，還發表了一篇討論萬有斥力的文章。程極泰對天文學的極大興趣引起李國平教授注意，李教授建議他轉到廣州讀書。程極泰聽從建議，轉學到中山大學數學天文系，從二年級讀起，剛好和葉叔華同年級。轉學後的程極泰如魚得水，學生階段就發表了幾篇天文學科普文章。葉叔華被程極泰的勤奮、才華以及對天文學的執著深深吸引，此外，兩人都痴迷於音樂。葉叔華在香港培道中學時加入合唱團，受良好音樂熏陶；程極泰天生擁有一副唱男高音的美妙嗓音。天文學與音樂為葉叔華帶來極大浪漫與快樂，其中也蘊含著愛情的繾綣。

▲葉叔華和程極泰

1949年，葉叔華與程極泰從中山大學數學天文系畢業。然而，時局動蕩，他們在廣州難以找到工作，只能向在香港的父親求助。經過一番打聽，父親最終在葉叔華曾就讀的德貞女中為他們找到了教職。儘管如此，他們內心依然渴望在大學或天文台工作。特別是程極泰，一直夢想著能去紫金山天文台工作，這個願望在1950年愈發強烈。

1950年夏天，葉叔華和程極泰毅然放棄香港優渥的待遇，選擇回到內地，一同前往南京紫金山天文台求職。然而，他們卻遭遇了挫折，因為對方只想要一名男性，葉叔華感到十分鬱悶。於是，她寫了一封幾千字的信給張鈺哲台長，表達了自己的不滿和渴望：「你是不對的，我應該到你們天文台來。」

儘管這封信並沒有改變結果，葉叔華未能進入紫金山天文台，但這件事在業內傳開了，大家都知道了這位敢於向台長表達不滿的葉叔華。或許正是因為這封信，第二年葉叔華應聘紫金山天文台下屬的徐家匯觀象台時，對方伸出了橄欖枝。

1951年，24歲的葉叔華進入上海徐家匯觀象台，面對的是中國授時領域的困境：測時設備日差達0.01秒，播時發報機功率小，時號質量差。她的第一項任務是通過操作中星儀觀測恆星確定世界時。這項工作要求觀測者用雙手同步調節赤經、赤緯微調螺旋，在目鏡中讓恆星影像始終與十字絲重合。因此它要求觀測者必須全神貫注；與此同時還要做記錄，只有熟練的觀測者才能達到手眼並用，協調一致。

為保障觀測精度，葉叔華形成了獨特的工作流程：每天提前3小時打開穹頂調節溫度，在零下5度的冬夜，身材矮小的她需站在墊著三塊磚頭的木凳上操作儀器，雙手因直接接觸金屬部件常被凍傷。由於周末無人觀測，觀測數據會出現分布不均勻，這被稱作「周末效應」；而在徐家匯觀象台里，由於葉叔華和同事們的堅守，不僅觀測精度能得到保證，觀測數據的均勻性也得到了兼顧，「周末效應」從而消除。

促使葉叔華走上天文學之路並最終走向與地球物理學科結盟的契機，源於1950年代中國的測繪危機。

當時全國僅約三分之一區域在20-40年代完成低精度測繪，成果質量差、基準不一，致省際地形圖無法拼接。測繪需依賴精確時間信號確定地理坐標，時間信號內部符合度越高，測繪結果越准。新中國成立初，資源勘探、工程建設、地圖測繪等領域對計時精度要求提高，但我國時間測量精度世界倒數。測繪工作先後用過日、美時號，受兩國不友好限制；後主要用蘇聯時號，因兩國國土廣袤，接收不穩定。

測繪部門迫切希望能夠使用中國自己發播的時號，於是向國務院建議提高時號精度以滿足全國測繪需求。

1955年3月，為了落實「提高授時的精確度以滿足過敏經濟建設需要」的精神，中科院副院長吳有訓要求徐家匯觀象台提升時間工作水平，此重任最終交予葉叔華，全國測繪及地圖製作對高穩定度時號的需求給徐家匯觀象台帶來挑戰。1957年10月9日，中科院數理化學部在上海召開授時工作會議，鑒定徐家匯觀象台發播的bpv時號精確度優於±0.003秒，能滿足國內大地測量等多領域測繪需求，葉叔華取得天文生涯首個重要勝利。

在完成國家提高授時精度任務後，國人熱情與自信心大增，對建立中國世界時系統的呼聲高漲。1957年，當時徐家匯觀象台測時負責人王綬琯提出：「發展遠景，應當是在我國廣大的領域中組織起獨立的時政系統，即構成一個大的測時網，這樣我們將可以為自己訂立出標準時刻和標準頻率，和進行與此有關的科學研究。」

32歲的葉叔華肩負起此重任，那時她剛晉陞為助理研究員。當時國家強調獨立自主，中國要建立自己的世界時綜合系統，她認為這樣的目標有些「冒進」。當時世界時綜合系統有國際時間局系統（39個天文台合作）和蘇聯繫統（14個天文台合作），而中國的系統僅由徐家匯觀象台和紫金山天文台兩家合作，僅憑兩家天文台要做出跟國際時間局和蘇聯差不多、拿得出手的東西，難度很大。

天文測時受多種因素影響：一是觀測儀器精確度和觀測環境（如溫度、大氣折射等），即使同地不同儀器或觀測者也會有系統差；二是星表誤差和台站經度值誤差，導致不同台站測時結果分歧，需研究消除儀器系統誤差以建立穩定時號改正數系統。這些誤差雖研究多年，但至今未得到滿意解決。

葉叔華團隊最初採用國際時間局方法（忽略系統誤差，假設各台站系統誤差代數和為零），但該方法有缺陷，中國授時台站規模小，無法照搬其技術框架，必須開創自主化的解決方案來破解這一困局。1966年，葉叔華團隊找到解決辦法，發表論文《我國的綜合時號改正數》，提出我國綜合時號改正數訂定方法：因觀測組數受多種因素影響，觀測者權不等且帶有系統差，故以觀測者為單位，按觀測組數取權，並採用假定人儀差月變化權平均值為零來保持系統穩定，即使儀器台站數量變動，系統長期穩定性仍能保持。

1965年8月3日，「綜合時號改正數」通過了國家級技術鑒定，鑒定書認為道：我國的綜合時號改正數的精確度已經進入國際先進水平的行列，這就為我國應用部門採用我國自己獨立的綜合時號改正數創造了良好的條件。1965年12月25日，國家科委下達文件，宣布自1966年1月1日起全國各個應用部門一律採用上海天文台所刊布的綜合時號改正數。

自此「北京時間」音響通過短波廣播走了千家萬戶，葉叔華也由此被譽為「北京時間之母」。

儘管當時的「北京時間」達到了國際先進水平，但葉叔華敏銳地意識到，對以天體測量為主要學科支柱的上海天文台來說，如果不在世界天體測量發生轉機的時候，抓住機遇發展新技術，將來真的會走投無路。恰逢時間服務從上海移交到陝西，她需要為上海天文台謀劃新的任務。

查閱資料時，她注意到1967年美國和加拿大成功研製甚長基線干涉儀（vlbi），可以把宇宙中非常遙遠的緻密射電源的毫角秒精細結構描繪出來，但因耗資大、技術不成熟，國際天體物理學界反應冷淡。

干涉儀分辨能力與組合天線距離相關，天線距離越遠，解析度越高，觀測天體越清晰，但基線受電纜長度限制，且電纜造價高、實現難。然而，有兩位美國科學家凱勒曼（k.i.kellermann）和科恩（m.h.cohen）卻對此項技術抱有極大的熱情和信心，他們四處遊說加以推廣。在國際天文聯合會（iau）大會期間，他們倆甚至遊說到了地球自轉專業委員會。然而卻遭到委員會的保守回應，稱新技術研製開發耗資大，天體測量界難以承擔。

▲葉叔華在射電望遠鏡工作現場

葉叔華從iau報告中發現，空間探測和定位技術要求精度提高一個到兩個量級，經典儀器無法滿足，只能依賴甚長基線干涉和激光測距等空間技術。她看重vlbi技術，因其是當時天文觀測中解析度最高的技術，對天體測量和天體物理都有廣闊應用前景。

與經濟、科技實力雄厚的歐美國家相比，70年代初的中國要想發展vlbi技術簡直天方夜譚。vlbi 所需設備包括口徑約 30 米的射電望遠鏡、高穩定性能的本徵系統（通常用原子鐘實現）、磁帶記錄器和數據處理終端。儘管這一技術在70年代經改善有所簡化，但耗費大、技術複雜仍是推廣難題。

1973年6月，上海天文台提交「開展甚長基線射電干涉工作的請示報告」，正式提出研製vlbi計劃。在葉叔華努力下，「甚長基線射電干涉儀」課題被列入中科院天文8年發展規劃（《天文學八年發展規劃（1978-1985）》），由上海天文台牽頭，聯合陝西天文台共同研究，vlbi系統研製任務還入選1978—1985年全國科學技術規劃108項重點項目。

▲1974年葉叔華提議在中國建立三個 vlbi站

葉叔華深知獲得政策重視重要，但經費支持更為關鍵，於是她一方面向業界人士遊說呼籲發展新技術，一方面積極尋找經費支持途徑。儘管得到中科院和國家重視，vlbi 項目仍面臨漫長道路：國際上該技術主要應用於天體物理研究，用於測地技術在美國也還在探索階段；且所需口徑 25 米的大型拋物面天線造價高、技術難度大，使 vlbi 受到天文學乃至地學界專家懷疑，而無經驗、技術、必要器材成為葉叔華面臨的三大難題。

1978 年，美國哥倫比亞大學教授、國際著名地球物理學家郭宗汾回國訪問，鼓勵葉叔華走出國門並推薦她去美國麥克唐納天文台。葉叔華收到史密斯台長邀請後赴美考察，收穫頗豐，回國後撰寫詳細彙報，對中國建設 vlbi 網有了更實際建議，中科院據此調整建設方案，後續建設基本遵循此思路。

▲葉叔華的回信

早在1974年，中國科學院就開始研製甚長基線射電干涉儀中間試驗（6米天線）任務，1981年，上海天文台與上海科技大學合作研製的6米射電望遠鏡終於建造完成，一台安裝在上海天文台徐家匯園區，另一台於1982—1983年安裝在佘山。這是當時國內口徑較大、性能較好的厘米波射電望遠鏡。

▲上海天文台6米射電望遠鏡

當時國內未開展過vlbi觀測實驗，且天線口徑小，故決定與國際大口徑天線合作開展跨國vlbi實驗。建立上海天文台甚長基線干涉系統後，中國與德國馬普射電研究所跨亞歐大陸聯測，為加入國際網奠基。1985年9月，中日兩國在上海和鹿島間建立vlbi干涉系統，成功進行首次vlbi聯測。這兩次國際聯測使上海天文台vlbi技術在國際上嶄露頭角，也讓中國同行認識到發展vlbi技術條件成熟，其在天體測量應用前景廣闊，消除對昂貴設備的顧慮，中國自行建設甚長基線干涉網提上日程。

所謂「甚長基線干涉網」，即多天線聯合同步觀測。意味除上海vlbi站外，中國還需再建至少一個站才能形成射電干涉系統，單個vlbi站只能參加國際vlbi網增加中國權重，無法獨立作用。權衡利弊後，葉叔華選烏魯木齊為第二個vlbi站站點，因經費有限，第三個站點暫擱置。80年代後期，蘇聯科學院應用天文研究所實施「quasar」vlbi計劃，為尋合作夥伴來中國，雙方決定共同建設昆明quasar站，建成後共享使用權。然簽署協議時蘇聯解體，上海—昆明—烏魯木齊的三角網計劃未實現。

▲葉叔華及射電組部分科技人員與美國vlbi專家合影

葉叔華一直牽掛此事，後等來中國探月工程的機會。自20世紀90年代中期，上海天文台就提出將vlbi網用於「探月衛星」測軌的初步設想；本世紀初，國防科工委（（現為國防科工局））組織相關單位討論論證探月一期工程總體技術方案時，上海天文台再次提出「改造vlbi測量網，承擔探月衛星測軌任務」的建議。

為提高探月衛星軌道測定精度和可靠性，探月工程總體組採納建議，將vlbi技術列入總體技術方案。vlbi網用於「嫦娥一號」測軌任務的主要技術思路是利用vlbi技術製造「超級望遠鏡」，即使單台射電望遠鏡口徑僅25米，聯網觀測後口徑相當於各望遠鏡間地理跨度。。一旦北京、昆明兩個 vlbi站建成，並與已有的上海、烏魯木齊站實現聯網，4個 vlbi（站）點組成的這台「超級望遠鏡」的口徑就就能達到3000千米左右。

▲中國的vlbl網路

2004年，探月工程「嫦娥一號」衛星任務立項實施，上海天文台等參與天文單位立即開展vlbi網建設和適應性改造：一方面北京、昆明新站要建設，包括研製或購買新vlbi設備、安裝調試及試運行；另一方面上海、烏魯木齊現有vlbi站要改造，特別是上海天文台的vlbi觀測調度和數據處理中心，需適應探月工程准實時工作模式。

2007年10月24日，「嫦娥一號」衛星在西昌成功發射，從10月26日24時調相軌道段起，至11月6日衛星入月球軌道，再到12月17日在軌測試，共53天里，vlbi測軌分系統每天全程准實時跟蹤測量，為衛星精準入軌、完成探月任務發揮重要作用。至此，中國vlbi網完成建設，並在探月工程中發揮關鍵作用。

再給科學界帶來了一系列實打實的貢獻之後，相較於年輕時葉叔華給人留下的「初生牛犢不怕虎」的印象不同，淬鍊後的葉叔華是可親可敬的代名詞。

在美國，葉叔華有兩位特殊朋友：沈嗣鈞和趙豐。沈嗣鈞在葉叔華訪美時主動為其當嚮導，趙豐作為nasa唯一有中國文化背景的華人曾接待葉叔華，葉叔華與他們保持終生友誼與合作。兩人談起與葉叔華的相識經過，都會不約而同地講起他們最先聽到「madamye」這個稱呼時的感受，對於葉叔華他們都是未見其人，先聞其名。沈嗣鈞現任美國俄亥俄州立大學空間大地測量和遙感實驗室主任、教授。他提到系裡老科學家早認識葉先生，提到上海天文台就會說「哦~~那個madamye。」

葉叔華的國際影響力在其他方面亦可體現。1996年5月，在其倡導下，「apsg計劃（亞太地區空間地球動力學計劃）」啟動大會在上海舉行，近20個國家和地區參加，葉叔華當選首屆apsg執委會主席，apsg中央局總部設在上海天文台，這是中國天文學家首次在國際合作項目中擔任發起者和東道主。葉叔華在國際圈子如魚得水，與「中國人不善交際」的刻板印象不同。每次「apsg」年會閉幕，她鼓動大家表演，自己率先登台，以歌聲、笑聲緩解緊張氣氛，還誕生了「apsg」之歌。

▲2017年apsg合影，第二排右六為葉叔華

這種親善不僅在與同行交往中流露，更在科普領域表現得淋漓盡致。如今，科普已經廣為人知，但是上世紀90年代，上世紀90年代，許多科學家認為科普無價值，葉叔華卻用「科學家工作像380伏電壓，需變220伏才能被大眾用」的比喻闡述科普意義。為了推進科普事業。90年代末，葉叔華和遺傳學家談家楨院士向市領導上海建科技城，這正是2001年12月正式對外開放的上海科技館。2010年她又建議建上海天文館以激發青少年興趣、培養深空探測人才。2021年，上海天文館正式開館，成為世界規模最大的天文館，並因其獨特的設計與展陳，成為上海一處炙手可熱的科普勝地。

▲上海天文台

直到今天，近100歲的葉叔華仍然密切關注國際天文事業。可以說，葉叔華這一生與天文事業相伴相生。不是她選中了天文，而是她被天文選中。仰望穹廬，有一顆被國際小行星組織命名的「葉叔華星」在閃爍，星光下有一批又一批前赴後繼的追星者，中國的深空探測夢定會行則將至。