吴元伟：于经纬星辰间与天地时钟对话

尽管光阴无形、岁月无状，但人类主动创造出诸多能“看到”时间的方式，小到掌心的沙漏、嘀嗒的时钟，大到中轴线上的钟鼓楼，还有日晷投射的阴影等。而中国科学院国家授时中心的研究者们掌握着最权威的方式——他们与天体对话，在天体的不停运转中探寻“何为时间”与“何以精准”的答案，将科学之问写在浩渺苍穹。

▲吴元伟（右）指导学生论文

这或许注定是一份需坐得住“冷板凳”的工作，因为时间如同空气和水，多数人拥有时无感，失去时无措。以中国科学院国家授时中心研究员吴元伟为代表的研究者们明白，定义时间的精准刻度里，潜藏着文明生长的力量。国家授时中心耗时数年，参考甚长基线干涉测量（VLBI）2010技术规范，研制建成3台13米射电望远镜，建立起我国首套测地VLBI系统，以超高角分辨率定位射电源的天球坐标，进而精准定义时间，为世界时钟“对表”。作为国家授时中心VLBI测定世界时UT1的技术负责人，吴元伟在年复一年的工作中，用世界时测量精度的每次提升，书写着授时人的传承与坚守。

目尽星河远

很多人第一次听闻“授时中心”时，会问“何为‘授时’”。吴元伟介绍：“确定、保持某种时间尺度，通过一定手段把时间信号和信息传递出去供应用者使用，这整套工作就是‘授时’。”其实，授时工作由来已久，《尚书·尧典》记载：“乃命羲和，钦若昊天，历象日月星辰，敬授人时。”可见，授时工作与天文学相伴而生，这也是吴元伟踏入授时领域的起点。

中学时，吴元伟在数学和物理等理学学科上展现出专长。看到南京航空航天大学参与“神舟一号”飞船研制的宣传海报后，他毅然选择应用物理学专业，梦想用物理知识助力国家航天事业。大学毕业后，因现实原因，他有过两段短暂的工程师职业经历，这段实践让他明白学术研究才是自己的热爱。他总结“工作经验”说“我还是更喜欢探索未知的日子”，于是决定辞职深造。

吴元伟说：“紫金山天文台是中国现代天文学的发源地，学术声誉和口碑极佳。”职业走向如他所想，6年硕博生涯让他接受系统科研训练，度过有迷茫也有梦想的“新手期”，“大质量恒星形成区的分子谱线观测研究”也在此期间完成，让他建立起科研信心。

透过青海观测站13.7米射电望远镜，吴元伟虽未直接目睹“星垂平野阔”的壮丽，但能从观测数据中揭示恒星诞生的奥秘。硕士期间的两篇《科学引文索引》（SCI）论文，为这个心向星空的年轻人鼓足了前行的信心和勇气。

紫金山天文台的徐烨老师、南京大学的郑兴武教授、德国马克思·普朗克射电天文研究所的卡尔·门滕（Karl Menten）、哈弗 - 史密松天体物理中心的马克·里德（Mark Reid）等前辈与导师的悉心指导，是吴元伟宝贵的财富。他由衷地说：“他们的指导不止在写代码、分析数据、撰写论文等基础层面。他们是我看得见的榜样，徐老师治学严谨、勤奋努力，郑老师和蔼可亲，马克有求真的科学家精神，卡尔给予关怀，让我觉得即便研究道路小众，坚持下去依然能发光。”

博士毕业后，吴元伟前往日本国立天文台水沢VLBI观测所，继续VLBI天体测量领域研究。3年博士后生涯，他完成BeSSeL项目银河系人马座旋臂的视差测定工作，还开展多项自主课题研究。如对X射线双星LSI + 61 303的高精度天体测量研究，利用VLBA对其进行10历元加密观测，精确测定天体进动周期为26.926±0.005天，此结果有力支持该双星系统中的致密天体为恒星级黑洞而非中子星。此外，他利用日本国立天文台的野边山（Nobeyama）45m和NASA深空网的提德宾比拉（Tidbinbilla）70m望远镜，开展人马座星流内SiO和H2O脉泽的搜寻工作，搜寻200多颗富氧AGB星与40多个脉泽辐射源。他补充道：“星流脉泽搜寻工作从2014年持续到2024年，最终利用德国100米望远镜首次在银河系银晕内探测到两颗SiO脉泽，相关成果去年由紫金山天文台的师妹发表在《天体物理学》杂志。”

心至苍穹阔

2017年，应国家授时中心高精度时间传递与精密测定轨研究室主任杨旭海老师邀请，吴元伟回国加入国家授时中心的VLBI团队，探索世界时的测量和精度优化问题。他介绍：“甚长基线干涉测量技术起源于20世纪60年代，通过组网将相隔甚远的望远镜组合使用，对射电源的绝对测角精度优于1毫角秒，可测量望远镜台站坐标，精度优于1厘米，还能测量地球自转角，得到的世界时精度达10微秒级。”

但起初转换科研方向时，吴元伟有过短暂无措。他坦诚：“之前10年从事自由探索类研究，世界时测量是基础服务工作。它在卫星导航、深空探测、国防应用等方面至关重要，对精度、可靠性和稳定性要求极高，失之毫厘可能谬以千里。所以最初接到任务时，在心态、关注点和科研范式调整上花了些工夫。”

如今，吴元伟与团队致力于研制观测频率和灵敏度更高的多频低温制冷接收机，提高现有VLBI系统测定世界时UT1的精度。他说：“在更高频率观测有诸多好处，如电波环境宁静、电离层误差和射电源源结构效应影响降低等，但对观测系统指向性精度、望远镜灵敏度和观测策略有新要求。UT1测量精度很大程度取决于观测台站站址维持精度，所以除提升望远镜性能，我们还积极推进国内外和区域VLBI联测，常态化维持测站坐标，降低台站坐标误差对UT1测量的影响。”

近期，吴元伟团队监测世界时发现，千禧年后地球平均自转角速度加速。地球自转受日月潮汐和内部复杂动力学调制，如大气、海洋环流、冰川消融等都可能改变自转速率。千禧年前通常2 - 3年有一次闰秒，最近一次闰秒已过去近8年，若自转加速持续，未来可能迎来首次负闰秒事件。吴元伟表示：“研究表明，地球自转自20世纪70年代起长期趋势出现拐点。地球大气、海洋流体成分和冰川消融等对自转加速的贡献仅约4%，排除其他可能后，自转加速机制可能源于地球内部，如地幔与外核、内核与固体地球的角动量交换等，确切机制还需进一步研究。”

如何更精准预测地球自转变化？近期，基于神经网络的机器学习与人工智能技术发展，天文领域也在积极融合。利用AI算法助力预测地球自转变化、揭示背后物理激发机制，是吴元伟工作的新方向。2024年9月，在天文学会时间频率分委会支持下，授时中心举办首届中国区地球定向参数预报竞赛（1st CEOPPCC），目前有7个机构的13支队伍参赛。

吴元伟说：“AI技术迭代会推动地球定向参数预报和自转变化机制研究。希望通过此次活动，为国内从事相关研究的老师和研究生提供学习交流平台。”

本文仅代表作者观点，版权归原创者所有，如需转载请在文中注明来源及作者名字。

免责声明：本文系转载编辑文章，仅作分享之用。如分享内容、图片侵犯到您的版权或非授权发布，请及时与我们联系进行审核处理或删除，您可以发送材料至邮箱：service@tojoy.com