艾國祥院士在講述太陽磁場觀測的跨越發(fā)展

編者按：1963年，他初出茅廬走進天文臺；1993年，他科研大成當選院士。60年來，他當過“小兵”，當過“將軍”；是指揮官也是勞動者。唯一不變的，是他對實現(xiàn)祖國偉大復興、科技水平超越歐美的夙愿。

86歲的艾國祥院士在演講臺上揮舞著雙手，耄耋之年的他，腰桿挺得筆直，即使不用麥克風，洪亮的聲音也讓禮堂中的聽講者如耳提面命。從1963年大學畢業(yè)至今，他已經(jīng)在中國天文的科研一線奮斗了一個甲子。六十年如一日的背后，是老人對自主創(chuàng)新、對趕超世界先進水平、民族復興的一股執(zhí)念，是艾國祥對自己的一份堅持。

質(zhì)疑導師開始的創(chuàng)新第一槍

艾國祥出生在湖南益陽的一個小商人家庭，在益陽讀完小學和初中后，以優(yōu)異成績考入了長沙市第三中學（現(xiàn)明德中學）就讀高中。“我當時很喜歡物理，各方面很出色，中學時期就是省級的三好獎章獲得者。”

中學期間，艾國祥就抱著濃厚的興趣認真學習了多篇毛澤東主席的著作。這不但培養(yǎng)了他的革命理想和奮斗精神，還通過學習和認真領會毛主席的辯證思想，為以后從事科學研究和勇于創(chuàng)新打下了思想基礎。

1957年，艾國祥考入北京大學，6年的學習期間，都得到全額人民助學金和生活費的資助。黨和國家的培養(yǎng)，使他立志報效國家和人民。進入大學后，艾國祥在專業(yè)方向選擇上沒有絲毫猶豫。“我們本來進的是物理系，不少人的目標是將來成為‘牛頓、愛因斯坦’那樣的人。在分專業(yè)時，應用地球物理（物理探礦方向）遠沒有理論物理等專業(yè)熱門，沒有人愿意去。我認為，我是國家培養(yǎng)的，祖國需要我去哪里，我就到哪里去，于是毫不猶豫地報了名。”艾國祥回憶道，“我當時是組織委員，比較有號召力，我剛報名，班上7個人也和我一起轉(zhuǎn)過去了。”然而，1958年成立的中國科學院北京天文臺急需人才；從物理系新分出來的地球物理系又希望把研究對象從地球深處一直延伸到廣闊的宇宙空間，于是1960年新設置了天體物理專業(yè)。艾國祥所在班的同學也由應用地球物理轉(zhuǎn)到了天體物理專業(yè)。

“在大學學習的第六年完成畢業(yè)論文，畢業(yè)論文是我科研生涯打響的創(chuàng)新第一槍！”艾國祥神采奕奕地說起那段往事。時值上世紀60年代初，蘇聯(lián)派學者來協(xié)助中國培養(yǎng)科學技術人才。指導艾國祥畢業(yè)論文的專家曾師從一位蘇聯(lián)科學院院士。艾國祥在寫畢業(yè)論文時，積極思考并調(diào)查了國外文獻，發(fā)現(xiàn)導師在五個方面有錯誤。但是，導師難以接受學生提出的意見。他溫和而又嚴肅地警告道：“艾國祥同學，你不按照我教你的寫，我怎么給你打分呢？你怎么畢業(yè)呢？”艾國祥便和導師商量：“我可以按您的要求寫一篇論文，然后自己單獨再寫一篇。”這兩篇文章都交給了導師。然而導師沒有讓他參加論文答辯，卻給了他5分的優(yōu)異成績。導師的相關文章發(fā)表在《天文學報》上后，紫金山天文臺的一位研究人員也指出了該文章的兩個錯誤。于是導師又找到艾國祥，請他幫助改正。兩年后，導師在《天文學報》對已發(fā)表的文章進行了更正，并在文末對二人表示了感謝。

初出茅廬，給進口太陽望遠鏡“開刀”

1963年走出大學校園，剛剛25歲的艾國祥被分配到北京天文臺，在沙河觀測站從事太陽物理方向的觀測工作。當時國內(nèi)天文學方面的很多研究都處在起始階段，大多跟在美、歐、蘇聯(lián)等國家的后面，天文儀器也基本依賴于進口，無論使用還是維護都受限于制造方。

艾國祥到北京天文臺的時候，一臺重要儀器——1958年從蘇聯(lián)進口的太陽色球望遠鏡，已經(jīng)在沙河站停用了3年。這臺斥資30萬元（相當于那時全臺500人年開支的三分之一）采購的設備因觀測圖像嚴重模糊，無法使用。那時已是中蘇關系破裂的年代，送回蘇聯(lián)原廠去修是絕對不可能的，國內(nèi)又無人敢修，“（他們）生怕拆開就徹底報廢了。”

大學畢業(yè)僅一年的艾國祥“下定決心要修好它”。雖然他沒有任何研制天文觀測儀器的經(jīng)驗，但他以認真、嚴謹?shù)目茖W精神，全面查閱法國、美國等國家的有關文獻；到地質(zhì)部調(diào)查冰洲石、石英的材料來源；還摸清了偏振膜及膠合偏振膜的樹脂、硅油的性能。在黨委書記支持下，經(jīng)過幾個月的調(diào)研和分析，并準備了簡易的無塵室和維修工具，給這臺望遠鏡“開刀”。打開這臺望遠鏡后，發(fā)現(xiàn)濾光器的問題同之前調(diào)研、分析時所預測的一致。經(jīng)過艾國祥和幾位助手的努力，1965年終于使這臺貴重的觀測設備起死回生，一直到1979年才退役報廢。該設備為航天安全期進行預報的工作（艾國祥任航天安全預報組長）獲得國家科技進步三等獎。艾國祥也由此掌握了濾光器的原理、制作和調(diào)試方法，成為以后研制太陽磁場望遠鏡的知識儲備和實踐基礎。

世界首創(chuàng)，太陽磁場望遠鏡

上世紀60年代中期，科技界掀起趕超世界先進水平的熱潮，也激勵著艾國祥用辯證唯物論去推動科技發(fā)展的強烈愿望和敢想、敢說、敢干的精神。此時國際上對于太陽磁場的觀測研究基本都只局限于點源觀測。如果仿制，只能造出功能類似的同類產(chǎn)品。艾國祥和同事們提出，不能跟在后面爬行，而是應當超越他們，“要造世界上太陽物理研究的最先進的觀測設備！”

要超越，就需要把握科學研究發(fā)展的規(guī)律。艾國祥從400年的現(xiàn)代天文學和太陽觀測儀器發(fā)展歷史的整體角度，思考總結(jié)出符合辯證法和人類認識規(guī)律的螺旋式發(fā)展法則�？偨Y(jié)出兩維的歷史圖，即觀測視場是“點源—線源—面源—體源”，觀測光性質(zhì)是“白光—單色光—偏振光譜單色光—偏振光譜輪廓”這種二元四個層次的發(fā)展框架。根據(jù)這個框架，艾國祥提出了“超越”的方案——研制能同時觀測面磁場、弱磁場的太陽磁場望遠鏡，跳過點、線兩階段直接跨越到對太陽磁場進行“面”和“體”的觀測。這確保了這臺望遠鏡在設計之初，便走在了太陽物理研究的世界最前沿。這項工作成為1967年中國科學院支持的重大項目之一。

想法雖然提出了，但在當時我國科學和技術都落后于人的情況下，實現(xiàn)這一構(gòu)想又何其之難。從1970年起始，艾國祥和幾位年輕科研人員常年離開北京，吃住在南京天文儀器廠，不分白天夜晚，不休節(jié)假日，全力以赴地研究、制造太陽磁場望遠鏡。艾國祥既是項目負責人、總體設計師、總工程師，還是一名技工，常親自上一線加工頗為復雜的器件。他南下云貴、北上邊塞，鉆山溝、進礦井，只為尋找望遠鏡需要的具有特高雙折射率的特大體積冰洲石材料。

為了給太陽磁場望遠鏡選定優(yōu)良的站址，他們在當時的北京天文臺的沙河觀測站（平原）和河北興隆觀測站（山區(qū)，海拔1000米的山頂），以及北京懷柔水庫邊的半島上（水域）進行了：太陽光學觀測對比，對日面精細結(jié)構(gòu)進行電影攝影，分析成像質(zhì)量；鐵塔測量低層大氣不同高度的溫度脈動，判斷各高度大氣折射率的不均勻性。艾國祥身先士卒，親力親為，選址小組中只有他敢攀爬70多米高的鐵塔去安裝測量儀器。盛夏時節(jié)氣溫高，一次在懷柔水庫邊的半島上回收系留氣球時，發(fā)生氫氣爆炸，他的面部被灼傷了。自1973年開始選址，歷時3年，最后確定將太陽磁場望遠鏡安裝在視寧度最佳的北京懷柔水庫北岸，即現(xiàn)在的懷柔太陽觀測站。

1983年懷柔太陽觀測站進入望遠鏡觀測塔樓的施工階段。在修建塔樓上部的圓頂觀測室時，艾國祥帶領科技人員自己動手安裝圓頂玻璃鋼外罩。圓頂最高端離地面近30米，有些女同事“在上面害怕得直發(fā)抖，我們就輪流喊話給她們壯膽，才終于裝好”。艾國祥笑了一下，“那時候?qū)嵲谑侨比�，每個同事都要既搞科研又當工人……。”

1986年，國際首創(chuàng)的太陽磁場望遠鏡終于研制、調(diào)試成功，安裝在懷柔太陽觀測站。當時世界上具有同等觀測能力的此類儀器（國外稱為太陽磁像儀）僅有3臺，其中兩臺在美國，而中國的這臺儀器的功能比美國的兩臺之和還要多出一倍。

太陽磁場望遠鏡的研制成功，使中國在太陽物理觀測研究領域躍至世界前列。懷柔太陽觀測站與美國、日本、法國、俄羅斯等國家的科學家建立了長期的觀測研究合作關系，并接收培訓了韓國、日本、俄羅斯、印度和美國等國家的博士生和博士后研究人員。1987年始，懷柔太陽觀測站與美國大熊湖天文臺開展了“日不落”太陽局部磁場連續(xù)觀測和“太陽活動全球監(jiān)測網(wǎng)”。法國電視記者和英國廣播公司（BBC）都曾來懷柔站采訪。BBC制作并播放的全球100個天文臺的電視專題片系列，第一集就介紹了懷柔太陽觀測站。

太陽磁場望遠鏡研制中最難、最先進的核心器件是濾光器前端的KD*P電光調(diào)制器，其中的D*（氘）是氫彈原料。當時美國也有此類產(chǎn)品，但使用壽命比較短，而中國自主研發(fā)的此系統(tǒng)至今都能長期連續(xù)工作。先進的濾光器和KD*P電光調(diào)制器曾出口到美國、日本、韓國、中國臺灣地區(qū)等，得到的外匯和院里的獎勵金用來給站里青年科技人員買房以及加發(fā)績效。懷柔站成為知識創(chuàng)新工程前中國科學院唯一的示范特區(qū)。

太陽磁場望遠鏡于1987年獲得了中國科學院技術進步一等獎，1988年國家科技進步一等獎。時任中國科學院院長的周光召題詞：“太陽磁場望遠鏡的建設者是中國科學院的驕傲”。

科技創(chuàng)新永遠在路上。在研制磁場望遠鏡的漫長而艱難的時期，艾國祥始終在考慮研制下一代的立體磁像儀，但苦于沒有具體方案。1983年年末，正在南京做太陽磁場望遠鏡調(diào)試的艾國祥，一邊吃著晚飯一邊翻閱國外交換來的科研文獻。突然他注意到其中提到的偏振光束分離器元件，該元件的分光特性使他找到了觀測太陽多個層次的方法，進而可把太陽磁場觀測由“面”跨越到“體”的階段。雖然該元件早在1949年就發(fā)明了，了解的人也很多，但無人運用到這個重大領域。多年的冥思苦想，終于找到了解決辦法，興奮的他徹夜未眠，元旦假期也忘在腦后，加班加點完成了對多通道太陽磁場望遠鏡的概念設計。上世紀90年代中期，艾國祥團隊研制的多通道太陽磁場望遠鏡在懷柔太陽觀測站成功安裝。它可以同時在太陽大氣的9個不同層次上獲得磁場和速度場，是世界上最強大的太陽望遠鏡之一。

1994年，太陽磁場和速度場研究獲中國科學院自然科學一等獎。1996年多通道太陽磁場望遠鏡獲國家科技進步二等獎。1998年5月2日，江澤民主席參觀了懷柔太陽觀測站，和艾國祥長談后題詞“發(fā)展空間天文  探索太陽奧秘”，并推動中國科學院開啟知識創(chuàng)新工程。

創(chuàng)新是第一動力

在周光召力薦之下，艾國祥于1993年當選為中國科學院院士。他于1996年獲何梁何利獎。榮譽等身背后，卻是艾國祥對中國天文學研究的種種擔憂。“我們不能總跟在別人后面，別人研究什么我們也去研究什么。”

1998年，時任中國科學院院長的路甬祥聯(lián)系艾國祥，建議他出任北京天文臺臺長。艾國祥回復：“更愿意承擔項目，在科研一線為國家作貢獻。”路甬祥專門做他的工作，“你承擔項目是為國家作貢獻。你要是做臺長，不就能領導更多項目，作更多貢獻了嗎！”1998年5月，艾國祥任北京天文臺臺長。3年之后，北京天文臺與云南天文臺、南京天文光學技術研究所（原南京天文儀器廠）、烏魯木齊天文站和長春人造衛(wèi)星觀測站合并為國家天文臺，艾國祥任國家天文臺首任臺長，期間又任數(shù)理學部主任和學部主席團成員。

任職期間，他帶領團隊積極參加根據(jù)江澤民主席提議，由中國人民解放軍總裝備部、中國科技部和中國科學院組織的，有清華大學、北京大學、哈爾濱工業(yè)大學、北京工業(yè)大學、西安電子科技大學等高校參加的“奇思妙想”座談會，并提出了兩個前沿課題。“我當時晚上實在睡不著，就翻看我們當時準備提交的幾個項目建議。”艾國祥發(fā)現(xiàn)有個項目不夠新穎，又連夜加班將新的想法加入進去。第二天他匯報的兩個項目一舉奪兩魁。其后在“十一五”到“十三五”國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃論證中，他提出的項目又奪得冠軍。談到這些，艾國祥臉上寫滿了自豪：“我在設計科研項目的時候總是有種使命感，就是要超越西方強國，取得領先。我好像從來不愿干世界第二的事。”

無論是質(zhì)疑導師，維修蘇聯(lián)的進口設備，還是獨立研發(fā)太陽磁場望遠鏡，都讓艾國祥深刻意識到自主創(chuàng)新能力對于科學研究事業(yè)的重要性。“研究人員應該敢于挑戰(zhàn)權威和已有的書本，逆向思維，創(chuàng)新突破。”他在自己的文章中寫道：“我們的科研還要干別人干過的嗎？跟蹤嗎？仿制嗎？照抄傳統(tǒng)做法嗎？這些，都應該拒絕。”中國要想立于世界之峰，唯有“創(chuàng)新超越”。

艾國祥的創(chuàng)新道路從未止步，他把目光瞄向了更遠處的太空。2002年，艾國祥領銜提出的“中國區(qū)域定位系統(tǒng)”（CAPS），經(jīng)中國科學院批準列為知識創(chuàng)新工程重大項目，現(xiàn)在更進一步發(fā)展成“天基通導遙智綜合信息網(wǎng)”。

這一項目其實源于一次“頭腦風暴”，2002年年末，時任國家天文臺臺長的艾國祥和同事們討論“如何開發(fā)一個‘創(chuàng)新型’的衛(wèi)星導航系統(tǒng)”。彼時正直中國自主研發(fā)北斗導航系統(tǒng)初期，艾國祥等人了解到美國斥巨資耗費20多年才建成GPS系統(tǒng)，而蘇聯(lián)試圖開發(fā)的格洛納斯（GLONASS）系統(tǒng)還未能投入全面實用，便想要換個方法開發(fā)一種經(jīng)濟實惠，又能精準定位的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。艾國祥在當時便想到，也許衛(wèi)星導航系統(tǒng)跟天文觀測有異曲同工之處：“‘天測地’跟‘地測天’反過來是不是一致？如果將‘地測天’的經(jīng)驗應用到‘天測地’上去，會不會就有創(chuàng)新？”CAPS構(gòu)想便應運而生。

與GPS系統(tǒng)采用專用導航衛(wèi)星不同，CAPS導航信息在地面產(chǎn)生，上行至通信衛(wèi)星再轉(zhuǎn)發(fā)給用戶以實現(xiàn)定位。這就使得CAPS可以少發(fā)射甚至不發(fā)射專用衛(wèi)星便能實現(xiàn)定位功能。通過租用在軌通信衛(wèi)星，科研人員實現(xiàn)了對CAPS的功能演示。前期測試時，CAPS定位精度同GPS民用系統(tǒng)相當，而經(jīng)費消耗尚不到其千分之一。在2021年建成的試驗系統(tǒng)中，CAPS定位和授時精度超過GPS精碼3倍，并首次實現(xiàn)隱蔽導航。若工程立項開發(fā)，精度有望超過GPS精碼30倍以上。

艾國祥的創(chuàng)新理念不僅體現(xiàn)于科研項目，也體現(xiàn)于他對于人才的珍惜和愛護上。在太陽磁場望遠鏡和CAPS項目研發(fā)期間，艾國祥曾不止一次破格提拔貢獻突出的博士畢業(yè)生。“創(chuàng)新是第一動力，但人才是第一資源。”艾國祥斬釘截鐵地說道。他直言目前的研究生培養(yǎng)計劃存在諸多問題，“不想當教授的研究生不是好研究生，有重要創(chuàng)新貢獻的研究生畢業(yè)后就應該給他們研究員崗位。”2005年CAPS演示系統(tǒng)取得巨大突破，中國科學院特批了30個創(chuàng)新指標和8個研究員指標。艾國祥把研究員指標全給了作出突出貢獻的研究生，實現(xiàn)了科研成就和青年人才成長的統(tǒng)一。艾國祥一直認為，卓越的領軍將帥人才是科技發(fā)展的關鍵，“要有廣闊的視野而不狹隘，有敏銳的洞察力和預見性而不保守，能深入實際、埋頭苦干而不夸夸其談，有百折不撓、堅韌不拔的精神而不半途動搖。”

當選為中國科學院院士以來，他已為研究生們進行了十余次報告。他以自己走過的艱難、曲折的創(chuàng)新之路告訴年輕人，要破除對書本、對權威的迷信，要審視和懷疑原有的知識體系，敢于提出疑問，敢于創(chuàng)新。

在艾國祥的眼中，他最為自豪的成就不是當選中國科學院院士，不是擔任國家天文臺臺長，不是擔任“嫦娥工程”應用系統(tǒng)總指揮或是其他職務。他總記得的是大學畢業(yè)論文時期的勇于獨立思考，不迷信老師、書本和不迷信權威；是舍我其誰的修復濾光器工作；是敢為人先的太陽磁場望遠鏡的研發(fā)……而這些只代表過去，新的東西還要創(chuàng)新實踐去開拓和創(chuàng)造，這是科技創(chuàng)新的最基本原則。

他現(xiàn)在心心念念的還是正在進行的科研項目，“我希望老天能再給我5到10年時間，我就能看到天基通導遙智衛(wèi)星的測試結(jié)果，能建成通導遙智綜合信息網(wǎng)……”在艾國祥眼中，是六十年如一日的真摯，是能為國強民富事業(yè)而不斷奮斗的期盼。令他樂此不疲的是激勵新生代超過他們的老師，成為引領未來的一代人。

記者手記

無論對其意見贊成或反對，和艾國祥院士對話的時候總不由得被他真摯的眼神所折服。雖然因為專業(yè)方向不同與這位老師接觸并不算多，但是他的經(jīng)驗和教誨卻深深影響到了我。艾國祥院士總是在講座中一遍遍重復：“不想做教授的學生不是好學生！”或許對他來說，科研事業(yè)就像是一片沒有硝煙的戰(zhàn)場，而艾國祥的志愿也表達的非常明確：我們的科學研究不能“跟在別人后面一步一步地爬行，我們中國要爭世界最前列！”

(作者系國科大記者團成員  攝影/曹雅瑩 劉孜銘)