许绍燮院士:急国家所急 研国家所需

许绍燮(1932-)

中国工程院院士,地震学家,浙江绍兴人。中国地震局地球物理研究所研究员,曾任研究所学术委员会主任、副所长,中国地震学会副理事长,国际地震灾害与预报委员会副主席,国际地震预报委员会秘书长,国际地震与地球内部物理协会执行局委员等职。

创制标准钟用铁木铜补偿钟摆、机械地震仪弹性铰链连接器;研制581电子和582晶体管微震仪;与他人合作创建国内外首个北京电讯传输台网,首次实现了地震准实时速报;提出多种震兆,力主“地震应可预测”;提出地震预报能力R值评分方法;成功组建侦察国外核试验速报体系;创建多种测定核爆地震方法;成功测定我国首次核试验当量;代表我国参加联合国禁止核试验地震核查的国际谈判;提出的识别核爆筛选方案被接受并纳入国际禁止核试验条约。

曾获国家科学技术进步奖二等级3项,三等级2项,部委级与科技大会奖多项。1999年当选为中国工程院院士。2002年当选为第三世界科学院院士。

■秦军 边银菊 张东宁

天生聪慧勤奋

遇机遇踏入科学殿堂

1932年1月1日许绍燮出生在浙江绍兴下大路一个大户人家。许绍燮小的时候,母亲就经常告诫他要为母亲争气,所以他做什么事都想着为母亲争气。

“要争气”这三个字成为他一生的动力,也对他以后的人生成长起到了重要作用。

天生聪慧的他,从小就好奇心很强,喜欢动脑筋,遇事爱刨根问底,因为说起话来很快,所以家里的长辈们褒称他是“喳喳婆”。他的动手能力也很强,什么都想亲手试试,尤其是遇到喜欢的东西、新奇的事情,总爱问个明白、弄个清楚透彻。

一次,亲戚送给他一个乒乓球,透明的,里边装着水,水面上漂浮着一只小鸭子。他发现小鸭子总是浮在水面上,为了搞清楚这个神奇的小鸭子,大人不在的时候,他悄悄地拿把剪刀,把这个乒乓球剪开了,结果乒乓球里的水“哗”地一下子流了出来,小鸭子也随着掉了出来,躺在地上一动不动,原来它什么本领也没有,就是一个有浮力的赛璐珞做的小鸭子而已。

还有一次去郊外,许绍燮看到一个个土堆在冒烟,平时就好奇、爱观察的他觉得很奇怪,为什么土堆会冒烟呢?大人告诉他,冒烟的土堆是在烧木炭,就是将大块的木头点燃了放在土堆里,木头就慢慢变成木炭了,冬天可以用来取暖、烧火。

他不明白啦,木头烧过以后不是变成灰了吗?怎么经过冒烟以后能够变成炭?他百思不得其解。好奇心驱使着他跑到家里的院子里找了一些木头,然后找了个盆底有个破洞的脸盆,他把木头点着后,用破脸盆扣上,盆底的洞就开始往外冒烟,许绍燮静静地等着木头燃烧变成木炭。

这时伯父看到了,急忙跑过来严厉地说:“你这个孩子要把房子都点着了”,随即端来一盆水,把火浇灭了。伯父的一盆水虽然浇灭了那堆火,但没有熄灭他对新鲜事物探究的好奇心。

从记事起,因为日本侵略中国,为躲避日寇的残害,许绍燮和家人到处逃难,过河跨海、闯封锁线、翻山越岭,先后到过温州、杭州、衢州、福建的浦城和当时的上海公共租界区。

许绍燮回忆道,那时每天就是躲警报、躲敌机轰炸,上不了完整的课。就这样在逃难中,他度过了在日寇铁蹄蹂躏下艰辛的童年生活。

在那个战乱、动荡的年代,许绍燮的父母对孩子的教育仍很重视,只要有机会就送他们去上学。在浙江衢州上初中时,第一次接触到物理课,物理老师开课的第一句话,他至今记在心里:要想科学救国,就要当科学家;要当科学家,就要学好物理。

这些话让年仅12岁的他,懵懂有了科学救国的思想,也从此爱上了物理这门功课。他学习很勤奋,在杭州读高中时,他利用课余时间自修了大学普通物理课程。

1950年从杭州高级中学毕业,他带病参加高考,考取了福建厦门大学。但因诸多原因,没能赴厦门上大学,未能圆他上大学的梦想。

1951年4月,他的机遇来了,中国科学院地球物理研究所在南京、上海两地招生,有近600人参加,中国科学院地球物理研究所录取了前10名,通过考试,19岁的许绍燮从此踏进了中国科学院的大门,走进了科学研究的殿堂。

研究所的领导非常器重这批精选的小青年,很注重对他们的培养。针对年轻人好学、求知欲强的特点,老前辈们在研究所亲自给他们授课,补习基础知识。

赵九章所长还亲自带领这批年轻人,去大学拜师求学。

许绍燮至今还清楚地记得,在所内听过谢毓寿先生讲微积分课;在南京大学听过魏荣爵先生的电磁学和施士元先生的光学课;他还选修了自己喜爱的陆钟祚先生的《电子管线路理论基础》。

陆先生的课讲得非常精彩,使他受益匪浅,他后来敢于克服多种困难设计电子管微震仪,就是得益于陆先生给他打下的功底。在南京理工学院实验室,他做过联系实际的物理实验课,从小就喜欢动手的他,如鱼得水,每当要参加实验课的学习时,他总是早早就来到实验室,替助教做好实验前的准备工作。

1954年研究所搬至北京后,他曾多年在北京大学旁听与地球物理相关的基础课。这种根据工作需要选修课程,边工作、边带着问题学习的方法,非常适合他,也极大地激发了他学习的积极性。

他每课必听,而且非常认真,对傅里叶变化、拉普拉斯变化、勒让德变化物理概念的理解,特别用心。至今他还清楚地记得有一次围绕地磁场的勒让德函数展开的考试,他答了好几页纸,傅承义先生给批了5分。

能得到德高望重的傅先生的满分,他兴奋不已。经过几年的勤奋努力,他把缺失的大学功底基本都补上了。

从小事做起

逐步向更高更大的目标努力

通过一段时间的学习,领导安排他协助胡先生做测量地磁场绝对值的工作。为了提高其灵敏度,线圈的偏转数据是用光杠杆来放大读取的,仪器中需要一组6伏特直流电源用来供光杠杆小灯泡发光用,当时供小灯泡发光用的6伏特直流电源,配置的是一大块笨重的汽车铅酸蓄电池。

每次为了给这块蓄电池充电,都要到距离较远的半山坡上的电源间才能完成。每周做一次地磁绝对值的测量,都要搬着这块笨重的大蓄电池上上下下。

当时许绍燮正值年轻力壮,搬块蓄电池并非难事,但因蓄电池内有硫酸,怕泄漏,所以搬运时要特别谨慎小心。通过观察,喜欢动脑筋的他想,在地磁绝对值的观测室内,既然有220伏特的交流电照明灯,为什么不可以用一个6伏特交流变压器做电源直接供光杠杆小灯泡用?最初有这个想法时,他担心想法太幼稚,未敢向胡先生提及,私下向同在一起工作的大学生师兄请教,师兄认为地磁绝对值测量是一种精密的高科技技术,特别是磁与电关系密切,任何电流都会产生磁场,会影响观测质量,不能随便改变。

但他又不甘心,进一步琢磨地磁变化是低频变化,用蓄电池进行直流供电时,磁场都不受影响,那么交流电是高频,应该更不会受影响了。不久,在搬运蓄电池时,他不小心把蓄电池给打翻了,地板上撒满了硫酸,弄得他很狼狈,好在没有伤着人。

这件事发生后,他终于壮着胆子,向指导老师胡先生提出了这个建议,胡先生觉得可行,建议他同时用两种方案对比观测,比试的最终结果证明没有差别,遂采纳了许绍燮的办法,此事也得到了专家的表扬。

当谈到这件事时,许绍燮感慨地说:“虽然自己是知识浅薄的小青年,工作在高科技领域里,也是可以独立思考的。有一个故事不是说牛顿还做过小猫走小洞,大猫走大洞的事嘛。只要方法正确,也是可以发挥个人的独立思考能力的。”虽然这只是一件小事,却给许绍燮在以后的工作中增添了信心。

新中国成立后的第一个五年计划,国家计划要建设上百个大型建筑和企业。在设计、建设这些工程之前,必须要先提供工程所在地的地震抗震设防烈度,这个重任就落在了中国科学院地球物理研究所。

要提供准确的数据,研究所首先要做的就是建设多个地震监测台站。在建设台站时,每一个地震台站内都必须有一个精确的授时钟,用来记录观测数据到达台站的精确国际时间,这样记录的数据才可以用,还可以在全球进行数据对比研究。

但那时在国内购置不到精确的授时钟,缺乏精确的授时钟,成了建造地震台站的瓶颈。

当时所用的精确授时钟基本上都是瑞士生产的船钟。在研究所仪器库房里有几台损坏的船钟,由于帝国主义对中国进行全面封锁,无法送回瑞士原厂修理,而且船钟比较贵重,也不能直接送到钟表店去修。

许绍燮决定自己动手试试,把船钟修好,以解建台的燃眉之急。于是他找经验丰富、技术高超的刘庆玲老先生请教,找钟表店的师傅学习,亲自动手,最终修复了船钟。

船钟修好了,当年负责地震观测项目的李善邦先生既惊讶又高兴。

随着地震台站数量的增多,修好的船钟只是杯水车薪。许绍燮又开始调研我国自己生产精确授时钟的可能性。他发现时间精度达1/10秒的时钟,国内市场上几乎没有,关键原因在于做钟摆的材料技术要求很高,而国内生产的达不到技术要求,当时西方发达国家炼制了一种合金钢,叫殷钢,其温度膨胀系数很小,适合于做钟摆。

但这样的高级钢材,帝国主义对中国是封锁禁运的,不可能得到。

“要争气,造出我国自己的授时钟!”许绍燮反复思索着:没有殷钢做摆,但只要了解了摆的特性,是可以用其它材料做补偿摆的。他开始搜寻可能的材料,经全面考查调研多种材质的温度膨胀系数后,最终研制成功了日差精确到1秒以内的铁木铜补偿摆授时钟。

他还在摆杆上设置有日差1秒以内的微调装置,每天分多次与天文台授时电台的播音校对,确保给出具有足够精度的国际时刻。

研究所领导对许绍燮修复船钟、创制铁木铜补偿摆授时钟,顺利完成了地震台站建设任务进行了表彰奖励,并发奖金300元。当时每月工资是20元,300元对他可是一大笔财产了!这是对他这个刚入所的年轻人所做工作的肯定,也激励他在今后的工作中不断地改造创新。

许绍燮的家人得知许绍燮创制铁木铜补偿摆授时钟的事迹后很高兴,尤其是母亲知道儿子又给她争气了,更是激动不已。

当时使用的51式机械地震仪是利用悬挂的大重锤来汲取地震传来的惯性能,依赖于多级杠杆,逐级放大。这套系统对于记录远震是很有效的,但对于记录中强地震,连接点就极易滑脱、崩落;再遇到更大的地震时,地震仪的放大杠杆还会掉下来,地震数据也会就此中断,记录不到完整的数据,这对地震科研工作来说是一个极大的损失。

许绍燮又开始发挥自己的创造力了:通过对结构的了解,经过多次试验,他设计、研制了弹性铰链连接器进行连接,没有摩擦力,也不会滑落,通过在振动台测试对比,效果甚佳。

用此技术改制的513型中强震仪成为新中国成立后历次大地震的主要地震监测仪器。

傅承义先生对此很赞赏,将此研究成果论文《机械地震仪弹性铰链连接器》(许绍燮)以傅承义学部委员的名义,推荐给《科学记录》杂志,用中、英文同时发表在1958年的《科学记录》杂志上。

传统地震仪,体积大、灵敏度有限,且维护、运行费用巨大。许绍燮想,若加入电子放大器件,既可缩小设备体积,还可提高仪器的灵敏度;再将相纸改为道林纸,不但能得到更高的放大倍数,记录到的地震波形图既清晰,还节省了空间、时间和费用。

在地震仪中加入电子器件放大器的想法,一开始被许多人质疑。通过对陆钟祚先生的《电子管线路理论基础》知识的学习和掌握,许绍燮坚信这是可以实现的。

于是他常常加班钻研,克服了许多困难,大胆地设计了一套由电子管器件组成的581型微震仪,通过观测记录进行对比,581型微震仪记录到的地震效果很好,极大地提高了仪器的放大倍数,增强了记录地震的灵敏度,能够观测到弱小的地震。

许绍燮在国内首次将电子放大技术应用于测震系统,研制成功我国第一台电子放大式微震仪,对我国地震观测技术发展起到了推动作用,使之接近于当时世界先进水平,为此,1958年他被评为全国青年社会主义建设积极分子。

用定型后的581型微震仪建地震台,必须建在有市电网的地方,当时我国电网没有现在这么发达,供电问题又成了建设地震台的难题。新的问题又引发了新的想法,许绍燮想,若是能用晶体管代替电子管,可以大大降低地震仪的功耗,用蓄电池甚至干电池供电还能进一步减小设备的体积,进行流动观测。

随后许绍燮又将581型微震仪的电子管更换为功耗更低的晶体管,升级为582便携式晶体管微震仪,经过在鹫峰地震台与苏联仪器平行记录和比测后,苏联专家说中国已经走在了他们的前面。

建设北京电信传输地震台网

实现地震的准实时速报

1966年3月8日至22日,邢台相继发生6.8级和7.2级大地震,密集的余震使得华北地区震情形势严峻。3月23日周恩来总理等党和国家领导人,请参与地震工作的有关人员汇报震情,会上许绍燮代表地球物理研究所提出:用电信线路,将多个地震台记录的地震波电讯号通过电缆快速传输汇集到台网中心,基本可实现准实时速报。

总理听后很赞赏,当场同意,并责成李先念副总理组织实施、落实。研究所随即组织人员分别奔赴前期已勘选的八个地震台。仅用一周的时间,于1966年4月1日建成了以北京为中心的北京地震准实时速报电信传输台网,这八条线台网使我国地震监测在当时具有了国际领先水平。

以八条线台网思想为基础雏形,现今,我国已发展成覆盖全国、由上千个数字化地震台站组成,用有线、无线、卫星进行数据传输的全国地震监测台网。

坚持地震预测、预报研究

为国为民服务

1.提出科学依据,对震后趋势提出建设意见。

1976年的唐山大地震给大家心理上带来了极大的震后恐慌,满街都是地震棚。京津唐地区的工厂、企业很长时间内还在抗震防灾,学生也不能进入教室完全复课。

有专家认为北京地区在强震带上,已经有近300年没有发生过大地震了,很可能会再次发生大地震。国家领导人也很难决定拆不拆地震棚。

许绍燮认为大震的间隔距离大概在500公里,而北京距唐山仅150公里,应该不在8级大震的发震特征点位上,所以北京相对是安全的。这个理论,成为当时的北京市长吴德决定拆除北京市的防震棚,恢复正常生产、生活的一个重要依据。

时间证明这个论断是正确的,充分证明科学能为国家的经济建设服务,为国家的正常生活服务。

2.敢于切中时弊,提出地震预报能力R值评分。

邢台地震以后,我国的强震频繁发生。在“宁可错报一千,不可漏报一个”的思想影响下,盲目预报现象严重。针对这种情况,许绍燮提出了地震预报能力R值评分。

R值评分避免了预报中个人的任意性,对地震预报起到了规范作用,被誉为许氏R值评分。

3.力主“地震应可预测”。

1966年周总理指示地震科学工作者要开展地震预报研究工作,以减轻余震对人民生命和财产造成的二次损失。从那时起,许绍燮就有一种使命感,坚持做地震预测、预报研究工作,并发表了“地震应可预测”论著。

首次测得我国核爆当量

参加禁核试验地震核查国际谈判

许绍燮在研究所主要负责地震核查、地震预报等方面的工作,1964年许绍燮在我国核试验场用我国自己的方法首次测得我国核爆炸当量。1983年当选为国际地震与地球内部物理联合会(IASPIE)的执行局委员,1986-1996年在参与禁核试地震核查的国际谈判中以雄辩的事实,据理力争、寸步不让的精神,独当一面顶住西方集团施加给我国的压力,捍卫了我国的原则底线,取得了谈判的重大成功。

我国驻日内瓦使团为表彰他的工作,特向江泽民主席、李鹏总理专门发庆功电报,表彰了许绍燮为外交、国防做出的贡献。1996年由他提出的识别核爆的筛选方案,被接受并纳入国际条约。

纵览许绍燮仍在前行的学术轨迹,最好的写照,就是地球物理研究所第一任所长赵九章先生的名言:科研要急国家之所急,还要先走一步,为国家长远需要早做准备。

许绍燮将所学的知识充分运用到实际工作中,学以致用,从地震仪器改造和研制、地震监测台网的建设到核爆侦察和研究、地震预测等,他不断转型,带着为国、为民服务的使命感,急国家之所急,勇于承担任务,始终立足于对地震(天然地震与核爆地震)事件的监测、分析和研究,踏踏实实,耐得住寂寞,一步一步从小事做起,不断创新,用自己的知识和经验,不断做出有自身特色的成就。

从小时候的好好学习,为母亲争气;到后来的不断创新,为国家争光。“要争气”是许绍燮为事业不断前行永不停歇的力量源泉。

(秦军系北京国家地球观象台综合管理办公室副主任;边银菊系中国地震局地球物理研究所第七研究室副主任、研究员;张东宁系中国地震局地球物理研究所副所长、研究员)

①1966年,周恩来总理在邢台地震现场考察581型微震仪记录余震实况。

①1966年,周恩来总理在邢台地震现场考察581型微震仪记录余震实况。

②1977年3月,罗马尼亚大地震,受罗马尼亚邀请我国派遣地震专家代表团出访罗马尼亚测震,临行前李先念副总理接见代表团并合影留念。左一为许绍燮。

③2003年,时任中国工程院院长徐匡迪院士祝贺许绍燮院士当选第三世界科学院院士。右为许绍燮。

④2009年7月,许绍燮与德国地震专家Duda教授切磋地震应可预测问题。左为许绍燮。

④2009年7月,许绍燮与德国地震专家Duda教授切磋地震应可预测问题。左为许绍燮。

《中国科学报》 (2017-04-10 第8版 印刻)

来源:news.sciencenet.cn

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