助力考古的科技元素

沈臻懿

或許大部分人對于考古的印象，仍停留在田間荒野上的發(fā)現(xiàn)與挖掘，似乎其與科技之間存在著一道鴻溝。但實際上，考古與科技之間一直以來都有著不解之緣，諸如水下考古中的科技元素，對于“失落的世界”的科技重現(xiàn)、穩(wěn)定同位素的分析應(yīng)用等，無一不在增添著考古的科技色彩。

考古與科技的不解之緣

在絕大多數(shù)人的眼中，考古還是一門純粹的人文社會科學(xué)，與自然科學(xué)之間似乎“八竿子打不著”。然而，現(xiàn)實情形并非如此。從現(xiàn)代考古學(xué)誕生伊始，其就與科學(xué)技術(shù)結(jié)下了不解之緣。考古學(xué)專家們往往是未來科學(xué)技術(shù)的引領(lǐng)者，各類學(xué)科領(lǐng)域的前沿知識以及諸多現(xiàn)代科技的引入，令世人得以更為深入地了解已然逝去的遠(yuǎn)古世界。正如美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)考古學(xué)者希瑟·理查茲所言，“考古學(xué)有史以來都是一門跨學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)。當(dāng)前，科學(xué)與工程學(xué)之間的合作較之于以往又有了明顯增加。這對于考古學(xué)專家而言尤為受益，新的科學(xué)技術(shù)能夠幫助其更好地知悉過去”。

水下考古中的科技元素

水下考古，是田野考古往水域的拓展與延伸。由于受到歷史上曾發(fā)生的火山噴發(fā)、地震、海嘯等自然災(zāi)害影響，致使某些毗鄰水域的港口、墓葬、建筑等沉沒于水底；在一些古時航運路線的水域中，還保存著大量古代沉船與文物。作為科技考古的重要內(nèi)容，水下考古并非僅僅只是海底探寶，還需要借助大量科學(xué)技術(shù)手段，以攻克水下作業(yè)所面臨的各種風(fēng)險與難題。

隨著水下考古機器人的問世，考古學(xué)專家們能夠更為深入地探索水底下的古老城市與遺跡。水下考古機器人屬于水下遙控潛水器與人形機器人的混合體，身高1.5米。其背部安裝有推進器，并自備動力來源，能夠像潛水員般游泳。該設(shè)備集成了人工智能技術(shù)與觸覺感官反饋系統(tǒng)，能夠?qū)C器人所抓取物品的感知情況向終端傳送。水下考古機器人外形類似人類，有著裝載了傳感器的頭腦與軀干肢體。其最具有代表性的則是一雙柔軟且有彈性的手臂，手腕內(nèi)裝載有專業(yè)的力量傳感器。由于采取了人形設(shè)計以及觸覺反饋，該設(shè)備的操作視角仿真度高，且極易上手操作。即使是缺乏操作經(jīng)驗的新手，都能較為輕松地控制機器人抓起水下物品而不破損。

聲學(xué)分析在水下考古中，能夠為考古學(xué)專家提供發(fā)現(xiàn)被淹沒城市與水下沉船的線索。因此，一直以來聲吶都是水下考古中的一項重要支撐技術(shù)。傳統(tǒng)聲吶技術(shù)只能用來對遙遠(yuǎn)物體的位置進行探測，但隨著技術(shù)的更新，當(dāng)前的聲吶已經(jīng)能夠幫助考古學(xué)專家獲得更大范圍內(nèi)的高清圖像。此外，當(dāng)更新后的聲吶系統(tǒng)與水下考古機器人、水下攝影與激光雷達等技術(shù)互為融合后，考古學(xué)專家們不僅可以得到海底遺跡、水下沉船等精確3D圖像，還能更為高效、準(zhǔn)確地對水下物體進行定位。

除了借助各類探測設(shè)備外，考古學(xué)專家們也需要潛入水下進行研究與挖掘。不過，傳統(tǒng)的水下呼吸系統(tǒng)，只能讓考古學(xué)專家在數(shù)十米的水下停留、考察較短的時間。隨著當(dāng)前潛水裝備技術(shù)的不斷發(fā)展，新型再生式氧氣系統(tǒng)與“水下裝甲裝備”，能夠幫助考古學(xué)專家在水下潛得更深、停留時間更長。全身式的“水下裝甲裝備”能夠讓考古學(xué)專家潛入水下300米的深度，并一次性在水下堅持5小時之久。此外，這一裝備能夠為水下考古學(xué)專家提供正常氣壓的氧氣。因此，考古學(xué)專家在潛水后，并不需要再進行專門的降壓?！八卵b甲裝備”配有的推進系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)，則能夠讓考古學(xué)專家在水下更為輕松地游動與工作。

“失落世界”的科技重現(xiàn)與遨游

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）自問世以來，就一直為考古學(xué)專家們所依賴。該系統(tǒng)可以借助全球定位系統(tǒng)與相關(guān)數(shù)據(jù)信息，創(chuàng)建各類復(fù)雜考古遺址的二維結(jié)構(gòu)圖。不過，隨著考古領(lǐng)域新技術(shù)層出不窮地引入，考古學(xué)專家們不再滿足于繪制單純的遺址二維結(jié)構(gòu)圖。鑒于3D影像技術(shù)、VR虛擬技術(shù)、聲學(xué)分析技術(shù)等科技手段在事物仿真、重建等方面的獨特優(yōu)勢，考古學(xué)專家們嘗試著將這些技術(shù)與地理信息系統(tǒng)進行創(chuàng)新組合，從而創(chuàng)建出了一種交互式的遺址虛擬重現(xiàn)系統(tǒng)。簡單來說，這一新型數(shù)字技術(shù)，不僅能夠再現(xiàn)遠(yuǎn)古時代人們的日常生活景象，還能將殘垣斷壁、遍布塵埃的遺址予以“修復(fù)”，從而令其“再現(xiàn)”昔日古都的繁華與輝煌。

這一交互式遺址虛擬重現(xiàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，首先在于成像技術(shù)的合理應(yīng)用。在考古活動中，考古學(xué)專家們多采用激光雷達系統(tǒng)與攝影測量這兩種技術(shù)來達到遺址成像的目的。激光雷達系統(tǒng)是利用激光脈沖，來獲取空間數(shù)據(jù)信息。在運用這一技術(shù)時，考古學(xué)專家或其他專業(yè)人員需要將激光雷達系統(tǒng)裝置于小型飛行器或直升機上。飛行器在遺址上空飛行時，即可以通過激光脈沖的反射時間，來分析、推斷相應(yīng)的空間距離與遠(yuǎn)近。該成像技術(shù)的應(yīng)用，能夠便于考古學(xué)專家在較短時間內(nèi)得到遺址的地勢圖。此外，借助于空中與地面的攝影測量技術(shù)，還可以幫助考古學(xué)專家獲得更多的細(xì)節(jié)性信息，進而能夠助其發(fā)現(xiàn)更多原來不甚了解與掌握的新情況。借助于成像技術(shù)的綜合應(yīng)用，原先二維視野下的照片將得以形成三維視野的圖像，進而為考古學(xué)專家提供所需的高清模型。隨后，高清模型與交互式遺址虛擬重現(xiàn)技術(shù)的對接，能夠進一步為其添加必要的色彩、陰影等更為還原現(xiàn)實的特征項。這一新技術(shù)的融合，不僅能夠讓考古學(xué)專家對考古遺址進行精密、細(xì)致的計算機模擬，還能借助3D影像、VR系統(tǒng)，讓參觀者也能在“失落的世界”中身臨其境地遨游與探秘。不可否認(rèn)，人們對于世界的感官認(rèn)知是全方位的。因此，考古學(xué)專家們甚至不再滿足于單單想了解古時社會時所能看到的感官體驗，還期待能夠進一步了解古代人彼時所聽到的內(nèi)容。為此，有考古學(xué)專家已嘗試在這一交互式遺址虛擬重建系統(tǒng)中，進一步探索增加聲學(xué)分析技術(shù)。將聲音引入這一虛擬系統(tǒng)，以期能夠讓人們同時看到和聽到昔日“失落世界”中的方方面面。

科技考古中的穩(wěn)定同位素分析

當(dāng)考古學(xué)專家踏進某一處遺址，接觸到古人生活所遺留下的場所、器物、堆積等，其綜合整理與研究的過程，在某種程度上即是對古人生活的“回歸體驗”。但如果古墓葬中出土的隨葬品極為有限，或者遺址中發(fā)現(xiàn)的物品較少，以器物為對象的傳統(tǒng)考古研究往往可能難以展開。在此情形下，考古學(xué)專家就不得不另辟蹊徑，采用“穩(wěn)定同位素分析”的技術(shù)手段，對農(nóng)業(yè)的起源發(fā)展、先民的飲食結(jié)構(gòu)、偏好，家畜馴養(yǎng)等內(nèi)容予以探索。人與動物硬組織（骨骼、牙齒等）相關(guān)元素的穩(wěn)定同位素組成，與其生前飲食結(jié)構(gòu)與食譜有著極為緊密的聯(lián)系。換句話來說，由于自然界中的碳（C）、氮（N）同位素值的變異是可以預(yù)測的，故借助于穩(wěn)定同位素的存在，得以分析古時人類的飲食傾向。人類在持續(xù)攝取含有碳13與氮15食物的過程中，人體內(nèi)隨之形成了碳13對碳12或氮15對氮14的較高比值?？茖W(xué)實驗表明，生活在海洋環(huán)境以及河?？诘貐^(qū)的動物，較之于陸地上的有機物質(zhì)而言，其所含的碳13與氮15更為豐富。此外，諸如小米、高粱、海魚等食物，較之于其他食物，含有更多的碳13同位素。譬如，考古學(xué)專家在從事人類適應(yīng)自然生態(tài)環(huán)境方面的研究時，嘗試對海岸與內(nèi)陸地區(qū)的不同地區(qū)族群的飲食結(jié)構(gòu)與攝食系統(tǒng)進行分析。在此過程中，考古學(xué)專家就需要借助于穩(wěn)定同位素分析的技術(shù)手段，對從古墓葬或遺址中發(fā)現(xiàn)的人類骨骼或動物骨骼所含的碳、氮同位素進行分析、比較，從而推斷出特定族群的升遷飲食結(jié)構(gòu)與食物攝取傾向。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com