埃及考古學(xué)中的“科技范兒”

蘇凱米

從開羅的吉薩金字塔群到盧克索的帝王谷法老墓群，從神奇的紙莎草紙到不朽的木乃伊，埃及眾多古代的遺跡中蘊(yùn)藏著大量的謎題，正等著考古學(xué)家來一一破解。

但俗話說，“工欲善其事，必先利其器”，如今的考古學(xué)，早已不是鋤頭和鏟子的時代，而是打起了“科技牌”。CT成像、紅外影像、計算機(jī)圖像處理、DNA鑒定，甚至宇宙粒子探測技術(shù)都紛紛大顯身手，幫助考古學(xué)家還原古埃及那段神秘久遠(yuǎn)的歷史。

用宇宙粒子探測金字塔

埃及的金字塔由成千上萬塊巨石堆砌而成，其宏偉的規(guī)模和整齊的外觀帶給世人強(qiáng)烈的震撼，以至于被稱頌為“世界奇跡”。然而，考古學(xué)家最關(guān)心的問題是：金字塔的內(nèi)部有什么？

也許你會提議，把這些龐然大物拆開看看不就行了。這種粗暴毀壞遺址的方法當(dāng)然不可行，考古學(xué)家找到了一種更簡單、更經(jīng)濟(jì)的探測金字塔結(jié)構(gòu)的方法——渺子（μ 粒子）探測技術(shù)。渺子是一種常見的宇宙粒子，它由宇宙射線與地球高層大氣中的原子撞擊時產(chǎn)生?？茖W(xué)家做過統(tǒng)計，每1分鐘，在1平方米地表可以接受到大約有1萬個渺子。當(dāng)渺子到達(dá)地表，會穿透地表的物體，這時渺子與物體中的原子核發(fā)生碰撞散射，偏離原來的行進(jìn)軌跡，能量也會有所損失。所謂的渺子探測技術(shù)，就是使用特殊的探測器捕捉渺子散射現(xiàn)象，然后通過分析計算，描繪出散射渺子的物體的內(nèi)部圖像。

所以，渺子探測很像X射線掃描，但它比后者有一些突出的優(yōu)勢。比如，渺子的質(zhì)量很大，約為電子的207倍，自身帶正電或者負(fù)電；運(yùn)動速度也很快，接近光速。因此，渺子具有很高的能量和很強(qiáng)的穿透能力，它們可以輕松穿透1.3米厚的鉛板或15米厚的水層，自然也就可以穿透金字塔厚重的石墻。又比如，渺子線束是從天而降的清潔射線，不僅對環(huán)境和工作人員是無害的，還可以掃描尺寸非常大的研究對象。在日本，科學(xué)家就曾經(jīng)利用渺子探測器對鹿兒島縣的火山進(jìn)行過掃描，結(jié)果可以清楚看到火山內(nèi)部一些地方的巖漿對流情況以及直徑約100米的火山巖漿噴出通道。

2016年5月，考古學(xué)家首次將渺子探測技術(shù)用于金字塔研究，他們掃描了位于薩卡拉金字塔群的彎曲金字塔，并用計算機(jī)構(gòu)建了該金字塔內(nèi)部清晰的三維圖像。彎曲金字塔是埃及第四王朝法老圣法魯在位時期建造的，距今已有4600多年，它四邊彎折，造型獨(dú)特，是埃及最著名的金字塔之一。此前，考古學(xué)家一直猜測，法老圣法魯安葬在彎曲金字塔內(nèi)部的秘密墓穴中，但三維圖像表明，彎曲金字塔內(nèi)部只有兩個小墓穴，一上一下，相距大約18米，每個墓穴都有獨(dú)立的墓道通向不同的出口，所以彎曲金字塔看上去并不像是尊貴法老的陵墓所在。10月，考古學(xué)家又掃描了位于吉薩金字塔群的胡夫金字塔。胡夫金字塔是埃及最大的金字塔，它由230萬塊巨石堆砌而成，幾乎是一座實(shí)心的巨石。不過，在胡夫金字塔的北側(cè)和東側(cè)，渺子探測器仍然發(fā)現(xiàn)了兩處之前不為人知的密室，其中的一處還連接著一條通向金字塔內(nèi)部的走廊。目前，胡夫金字塔內(nèi)密室的用途和規(guī)模還需要進(jìn)一步研究，但這一新發(fā)現(xiàn)已經(jīng)足夠讓考古學(xué)家心潮澎湃。

給古代卷軸“拍片子”

關(guān)于埃及金字塔的建成方式，人們的猜測不勝枚舉?？脊艑W(xué)家或許可以根據(jù)金字塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)去修正各種猜測，但古代埃及人自己的說法才是最權(quán)威的。這就需要考古學(xué)家去好好閱讀一下紙莎草紙——它是古代埃及人主要的書寫材料，也是人類所使用的最早的紙張。

2016年7月，埃及國家博物館就首次展出了4000多年前的第四王朝時期的紙莎草紙文獻(xiàn)。這批文獻(xiàn)共有六份，用清晰的埃及象形文字寫成。其中一些文件記錄了建筑工人的日常生活，指出這些建筑工人是從位于紅海西岸以及尼羅河?xùn)|岸的采石場生產(chǎn)石塊，并通過尼羅河等水道將石塊運(yùn)輸?shù)郊_；還有一些文件是官員的日記，以圖表的形式列出了古代埃及各個省份的收入情況、支付給金字塔建筑工人的工資以及補(bǔ)給食物所需的羊的數(shù)量。通過這批文獻(xiàn)，考古學(xué)家能夠了解到數(shù)千年前古代埃及人建造金字塔的一些細(xì)節(jié)。

其實(shí)，在埃及，出土的紙莎草紙文獻(xiàn)已有成千上萬，但像博物館展品那樣能夠直接閱讀的卻少之又少。原因在于，古代埃及人存放文件時很少會將紙張一頁頁鋪開，他們更喜歡將紙莎草紙卷成卷軸。經(jīng)過久遠(yuǎn)的年代，這些卷軸已經(jīng)變得太脆弱，碰一下就碎了，根本無法打開。為了閱讀這些彌足珍貴的歷史資料，考古學(xué)家只能去嘗試別的方法。在長期摸索之后，他們從醫(yī)學(xué)影像學(xué)中得到了啟示，即，可以用CT成像來“打開”紙莎草紙卷軸。

我們知道，CT成像是醫(yī)學(xué)診斷中一種先進(jìn)的“拍片子”的方法，其原理和拍攝X光片相似。不同的是，拍攝X光片是用透視的原理，讓X射線透過人體照射在一張膠片上成像，這相當(dāng)于把人體“壓扁”到一張圖上。而CT成像是讓X射線從不同深淺的橫斷面穿過人體，然后利用計算機(jī)成像技術(shù)將這些橫斷面顯示出來，這相當(dāng)于把人體“切成薄片”后分開貼到好幾張圖上。如果用計算機(jī)將不同層面的“薄片”拼接起來做“三維重構(gòu)”，那么醫(yī)生就可以得到人體內(nèi)部三維空間的信息。同樣，考古學(xué)家用類似的方法處理紙莎草紙卷軸，就可以重建卷軸內(nèi)部的三維圖像，然后用計算機(jī)模擬的方式將三維卷軸“展開”。

不過，考古學(xué)家所用的CT成像比普通的醫(yī)學(xué)CT成像更加高級。后者的成像是基于人體對于X射線的吸收，這種成像僅對人體骨骼表現(xiàn)得比較清楚，而對人體軟組織則難以觀察，原因在于人體軟組織主要由輕元素組成，輕元素對于X射線的吸收是很少的。但是，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，輕元素能夠引起X射線相位發(fā)生明顯變化，如果記錄穿過人體的X射線相位的改變，以此來反映人體內(nèi)部物質(zhì)密度的分布，那么很多新的細(xì)節(jié)可以被分辨出來——這便是考古學(xué)家使用的“X射線相位襯度CT成像”。在意大利赫庫蘭尼姆古城，考古學(xué)家已經(jīng)用這種技術(shù)成功地讀出了3000年前紙莎草紙卷軸的內(nèi)容，而在紙莎草紙誕生地的埃及，考古學(xué)家只需一次次“依法炮制”就可以了。

紅外影像看到新密室

第十八王朝是古代埃及延續(xù)時間最長、版圖最大、國力最盛的朝代，這個王朝的法老開創(chuàng)了在山谷中建造地下墓穴的傳統(tǒng)——帝王谷便由此而來。圖坦卡蒙是第十八王朝末期的法老，在位10年左右，死后也葬入帝王谷。

在埃及歷史中，圖坦卡蒙的功績并不顯赫，但有3件事使他變得非常有名。

首先，圖坦卡蒙的墓穴是帝王谷中規(guī)模最小但保存最為完好的一個。幾十個世紀(jì)以來，考古學(xué)家在帝王谷所發(fā)現(xiàn)的法老墓穴，都是幾經(jīng)洗劫而殘缺不全的?？墒潜４嫦聛淼膱D坦卡蒙墓穴富麗堂皇，窮奢極侈。其中的龕、箱、匣、柜和各種家具堆積如山，幾乎每件都有貼金、繪彩、鑲嵌寶石。一些前所未見的古代工藝品更是令人驚嘆，比如著名的黃金面具以及用隕石所做的匕首。自從1922年該墓穴被發(fā)現(xiàn)后，考古學(xué)家用了10 年的時間才清理完其中的物品，可見墓穴中珍寶的豐盛。不過，考古學(xué)家認(rèn)為，圖坦卡蒙墓穴仍有隱藏的秘密等待發(fā)掘。

其次，圖坦卡蒙的繼母奈費(fèi)爾提蒂王后非常有名，她被認(rèn)為是埃及歷史上最美麗的女人，同時也是埃及首位擁有國家最高權(quán)力的女性政治家。奈費(fèi)爾提蒂的法老丈夫在世時，夫妻雙方一直平起平坐，在丈夫死后，奈費(fèi)爾提蒂又接著統(tǒng)治了埃及數(shù)年。在奈費(fèi)爾提蒂當(dāng)政期間，她下令建立多條貿(mào)易線路，將海外的珍貴財寶運(yùn)往埃及，還提倡男女平等，可以說對古代埃及政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、文化和宗教都產(chǎn)生過巨大的影響。但迄今為止，考古學(xué)家仍未找到奈費(fèi)爾提蒂的墓穴。

第三，圖坦卡蒙9歲君臨埃及，只活到19歲。為何養(yǎng)尊處優(yōu)的法老正值盛年就突然死去？這是考古學(xué)家很想解開的謎題。

長期以來，考古學(xué)家一直在圖坦卡蒙墓穴尋找上述3件事的有關(guān)線索，其中圖坦卡蒙墓穴中的一些細(xì)節(jié)引起了他們的注意。在墓穴的北墻和西墻上，似乎有兩扇門的輪廓，輪廓的尺寸與其他埃及法老的墓穴的大門一樣，而且，北墻原本是白色的，但后來它被刷成黃色，以配合其他三面墻的背景色。這表明，北墻的歷史或許可以追溯到圖坦卡蒙被埋葬之前?？脊艑W(xué)家還發(fā)現(xiàn)，圖坦卡蒙墓穴北墻上的壁畫所描繪的葬禮場景，其主角可能不是圖坦卡蒙，而是奈費(fèi)爾提蒂。因?yàn)樵谝郧暗难芯恐?，考古學(xué)家知道了奈費(fèi)爾提蒂的嘴角邊有垂直的褶皺，有完美的拱形眉毛，北墻壁畫的人物就具有這些特殊的面部特征。所以，考古學(xué)家大膽推測，古代埃及人修建圖坦卡蒙墓穴并不是為了圖坦卡蒙，而是為了比他早死了約10年的奈費(fèi)爾提蒂。但圖坦卡蒙很年輕就去世了，在這種意外情況下，圖坦卡蒙可能被迫與他的繼母合葬在一起，因?yàn)楣糯＜叭诉€沒有給這位突然死去的年輕法老準(zhǔn)備好陵墓。

2015年，考古學(xué)家似乎證實(shí)了這個猜測。我們知道，自然界的物體如果溫度超過絕對零度就會輻射出電磁波，隨著溫度的變化，物體輻射出的電磁波的波長也隨之改變。其中，波長介于760納米到1毫米之間的電磁波稱為紅外線，人類看不到這個波段，但如果用光電探測器來接收紅外輻射，再進(jìn)行信息處理，將該信號轉(zhuǎn)換成溫度值以及可供人類視覺分辨的圖像，就可以用來探知人類視野之外物體——這就是紅外影像。

利用這種技術(shù)，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)，圖坦卡蒙墓穴的北墻與其他墻面有明顯的溫差，而出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能有多種：也許北墻與其他墻壁間存在空隙，阻止了不同墻壁之間的傳熱；也許北墻背面有空氣流動來散熱，而其他墻壁背面仍是石頭；又或者北墻是用不同于其他墻壁的材料制作的，因熱容量的差異導(dǎo)致了溫度的不同。但不論何種原因，都預(yù)示著墻后有一個神秘的密室。但這個密室是不是奈費(fèi)爾提蒂的墓穴呢？我們只能耐心等待考古學(xué)家公布進(jìn)一步的研究結(jié)果了。

至于圖坦卡蒙的死因，人們眾說紛紜，比較流行的說法是圖坦卡蒙被人謀殺，后腦受到重?fù)舳?。但考古學(xué)家用科技手段駁斥了這種謠言，他們對圖坦卡蒙的木乃伊做了CT成像，結(jié)果顯示，圖坦卡蒙身形纖瘦，有輕微腭裂，但頭蓋骨完好無損。另外，圖坦卡蒙左大腿骨有一道骨折裂痕，顯示他死前可能嚴(yán)重弄傷大腿，雖然裂痕本身不會對生命構(gòu)成威脅，但卻可能因此受到細(xì)菌感染。在后來的DNA測試中，考古學(xué)家又在圖坦卡蒙的木乃伊內(nèi)發(fā)現(xiàn)了瘧原蟲的DNA。綜合所有檢測，考古學(xué)家認(rèn)為，圖坦卡蒙的死因極有可能是瘧疾、腿部細(xì)菌感染以及隨之而來的身體虛弱，而非謀殺。