“科技之光”打開理解古蜀文明的新維度

2021年，在對(duì)三星堆遺址3號(hào)祭祀坑進(jìn)行考古發(fā)掘時(shí)，考古工作者發(fā)現(xiàn)了又一個(gè)令人著迷的三星堆之謎：在青銅器上發(fā)現(xiàn)了一抹嫩黃。這讓來自故宮博物院和四川省文物考古研究院的一眾文物保護(hù)專家心跳加速。

故宮博物院與四川省文物考古研究院有多年的合作基礎(chǔ)。三星堆新一輪考古發(fā)掘工作開啟前，故宮博物院與三星堆的合作就已開始，所以也在第一時(shí)間參與到三星堆新發(fā)現(xiàn)文物保護(hù)工作中。

2021年10月23日，中國(guó)—希臘文物保護(hù)技術(shù)“一帶一路”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室三星堆工作站（以下簡(jiǎn)稱“工作站”）在三星堆祭祀?yún)^(qū)發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)揭牌成立，這是依托中國(guó)—希臘文物保護(hù)技術(shù)“一帶一路”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在三星堆設(shè)立的一家文物保護(hù)工作站。時(shí)任故宮博物院副院長(zhǎng)、中國(guó)—希臘文物保護(hù)技術(shù)“一帶一路”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任趙國(guó)英與四川省文物考古研究院院長(zhǎng)唐飛共同為工作站揭牌。出席揭牌儀式的故宮博物院院長(zhǎng)王旭東作了有關(guān)中華文化包容互鑒的學(xué)術(shù)講座并部署了工作站的工作，他將工作站比作“打開古蜀文明的科技鑰匙”。

故宮博物院與四川省文物考古研究院聯(lián)合國(guó)內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)，廣泛開展古巴蜀及南絲綢之路起點(diǎn)地區(qū)出土青銅器物的科學(xué)認(rèn)知與保護(hù)技術(shù)研究及示范工作，通過同步輻射、電化學(xué)監(jiān)測(cè)、CT掃描等科學(xué)技術(shù)，解析古蜀文明的物質(zhì)基因，逐步揭開有關(guān)三星堆青銅文明一系列跨時(shí)空謎題的面紗。

鉛錫黃“穿越”了？

“3號(hào)坑內(nèi)露出土層的青銅殘片上的一抹黃色，讓現(xiàn)場(chǎng)目擊的所有考古工作者都備感意外和困惑。”故宮博物院文保標(biāo)準(zhǔn)部副研究館員劉瀚文對(duì)《中國(guó)報(bào)道》記者說，2021年在三星堆出土的部分青銅殘片，表面局部呈嫩黃色，十分鮮亮，在顯微鏡下，藍(lán)、綠、黃等多種顏色層次分明，宛如通透的玉石。

青銅器在長(zhǎng)期埋藏過程中形成的銹蝕產(chǎn)物會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色，以藍(lán)綠色系為主，但這種黃色物質(zhì)以往從來沒有發(fā)現(xiàn)過。經(jīng)過第一次樣品檢測(cè)后，考古工作者發(fā)現(xiàn)這種罕見的化合物成分尤為特殊。

為了確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，故宮博物院文物保護(hù)專家緊急趕往考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)，除對(duì)青銅文物上的銹蝕再次取樣外，還將周圍的泥土等一并帶回故宮博物院。通過調(diào)用拉曼光譜分析、X射線衍射光譜分析等多種檢測(cè)手段，最終確定三星堆青銅器上黃色銹蝕物的主要成分為鉛錫黃Ⅱ型，這種物質(zhì)此前在文藝復(fù)興早期的歐洲畫作中，以及一些彩陶和琺瑯器上發(fā)現(xiàn)過，是一種人工合成的顏料。在距今3000多年前的三星堆遺址出土青銅器上出現(xiàn)類似物質(zhì)，讓人匪夷所思。

“經(jīng)過我們的分析研究，三星堆青銅器表面的鉛錫黃很可能是自然形成的銹蝕物，而不是人工合成的物質(zhì)。現(xiàn)場(chǎng)還發(fā)現(xiàn)了粉末狀的淺藍(lán)白色銹蝕產(chǎn)物，我們判斷其形成與埋藏環(huán)境中存在的焚燒情況以及埋藏的大量象牙有關(guān)?！惫ぷ髡狙芯咳藛T告訴記者，“部分粉末狀銹蝕產(chǎn)物對(duì)器物結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度有一定的損傷，后續(xù)保護(hù)過程中應(yīng)進(jìn)行封護(hù)。”

據(jù)介紹，工作站先后對(duì)100余件三星堆青銅器表面銹蝕產(chǎn)物的種類與分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面分析，對(duì)青銅器的金屬基體、銹蝕產(chǎn)物、附著物的組成與成分進(jìn)行了科學(xué)揭示。

繪制“腐蝕時(shí)鐘” "建立“健康檔案”

考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)文物保存狀況難以監(jiān)測(cè)，是行業(yè)的“老大難”問題。

為破解這一難題，自2022年起，故宮博物院與北京科技大學(xué)組成聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，利用電化學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)量環(huán)境腐蝕性等級(jí)及材料腐蝕速率，建立實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，繪制不同環(huán)境中青銅器的“腐蝕時(shí)鐘”。

結(jié)果顯示，半埋環(huán)境下幾乎始終處于高腐蝕速率，全埋入土壤腐蝕速率次之，暴露于空氣環(huán)境下腐蝕程度較低，庫(kù)房環(huán)境下腐蝕速率最低，不發(fā)生腐蝕。從這一指標(biāo)來看，半埋入土壤環(huán)境最不利于青銅器的保存。

針對(duì)三星堆青銅器的復(fù)雜病害，自2022年4月起，故宮博物院團(tuán)隊(duì)在考古挖掘現(xiàn)場(chǎng)開始記錄器物的保存狀況信息，針對(duì)器物的宏觀病害進(jìn)行評(píng)估與記錄，繪制病害分布圖，并建立了首個(gè)量化評(píng)估體系。“我們給每件文物建立了‘健康檔案’，就像人做體檢一樣?！眲㈠脑陔娔X上演示評(píng)估結(jié)果，屏幕上實(shí)時(shí)顯示8號(hào)祭祀坑青銅器的病害熱力圖，“不同類型的器物病害存在一定的分布規(guī)律，容器類器物變形較為嚴(yán)重，太陽形器及神樹沒有完整器物，殘缺斷裂嚴(yán)重，眼形器由于器壁較薄礦化嚴(yán)重?！?/p>

三星堆青銅器在發(fā)掘過程中長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣中，顏色發(fā)生了明顯變化。在這一過程中，器物是否受損、銹蝕物成分是否發(fā)生了不可逆的轉(zhuǎn)變呢？工作站研究人員利用色度計(jì)，對(duì)祭祀坑發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中青銅器物的顏色改變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)相關(guān)記錄數(shù)據(jù)開展研究。

“我們選取7號(hào)祭祀坑和8號(hào)祭祀坑中的典型青銅器物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)都反映出器物表面亮度與色差呈正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)境濕度對(duì)于器物表面顏色的變化也有影響，溫度對(duì)于顏色的影響較小。據(jù)此推斷，器物出土后顏色改變，很大可能是由于器物表面水分的散失造成的?！彼拇ㄊ∥奈锟脊叛芯吭吼^員李思凡表示。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證，劉瀚文和同事設(shè)計(jì)了一系列針對(duì)三星堆青銅器的模擬失水實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)不同種類的銹蝕產(chǎn)物在失水過程中顏色變化均呈現(xiàn)相同的規(guī)律，即顏色逐漸變淺變白，色差逐漸增大并且亮度逐漸增高，最終達(dá)到穩(wěn)定值。他們還利用拉曼光譜儀，對(duì)不同銹蝕產(chǎn)物在失水過程的不同階段進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果證明，在快速失水顏色變化的過程中，銹蝕物的組成并未發(fā)生改變，器物顏色的變化主要是由于失水造成的。

最早使用的芯骨和條形芯撐技術(shù)

三星堆青銅器究竟是如何鑄造的？鑄造工藝如何？產(chǎn)地在哪里？這始終是外界關(guān)注的“三星堆之謎”，一直眾說紛紜。

“由于三星堆鑄銅作坊目前尚未發(fā)現(xiàn)，我們只能從青銅器本身‘反向突破’，近期有了突破性的成果。”四川省文物考古研究院副研究館員郭建波告訴《中國(guó)報(bào)道》記者，故宮博物院聯(lián)合北京科技大學(xué)、四川省文物考古研究院使用多種方法對(duì)三星堆青銅器進(jìn)行顯微觀察與科學(xué)檢測(cè)分析，通過工業(yè)CT掃描，從部分三星堆青銅器內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了芯骨和條形芯撐。

芯骨指的是在制作泥芯時(shí)加入有機(jī)質(zhì)或金屬質(zhì)條狀物，起到加固和支撐泥芯的作用，類似于現(xiàn)代建筑中的“鋼筋”。條形芯撐橫向貫穿包括器表、器壁和泥質(zhì)內(nèi)芯的整個(gè)器物，起到固定內(nèi)芯位置的作用。三星堆青銅器中發(fā)現(xiàn)的芯骨為有機(jī)質(zhì)和銅質(zhì)，條形芯撐為銅質(zhì)。

“在青銅神樹樹干、銅龍、青銅小立人等的制作中，普遍采用了芯骨和條形芯撐技術(shù)，這是目前國(guó)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最早使用芯骨和條形芯撐技術(shù)的實(shí)例?！惫úń榻B說，“我們認(rèn)為，當(dāng)時(shí)鑄造青銅器的工匠為了達(dá)到其造型的特殊需求，使用了這種技術(shù)，是三星堆自身的文化土壤催生了青銅器技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。此前，國(guó)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的芯骨最早見于秦始皇陵出土青銅水禽的脖頸中，公元前4—5世紀(jì)的意大利和希臘的青銅器中也曾出現(xiàn)過類似的芯骨?！?/p>

在郭建波看來，正因?yàn)槿嵌哑魑锏莫?dú)特造型導(dǎo)致鑄造過程中產(chǎn)生的泥芯無法取出，這些保留下來的泥芯便成為接下來破解三星堆青銅鑄造地的關(guān)鍵“密碼”。

數(shù)字化虛擬修復(fù)賦予文物“新生”

三星堆青銅器大多存在變形、缺失、碎塊的現(xiàn)象，為重現(xiàn)青銅器的歷史風(fēng)貌，故宮博物院與四川省文物考古研究院聯(lián)合北京理工大學(xué)、中兵勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，利用傳統(tǒng)方法結(jié)合三維重建和激光掃描技術(shù)，對(duì)10余件三星堆遺址出土的青銅器進(jìn)行數(shù)字化采集與研究，基于數(shù)字化模型，使用次世代建模技術(shù)，對(duì)4件出土青銅器進(jìn)行了數(shù)字修復(fù)，并產(chǎn)出了高品質(zhì)、多精度的青銅器數(shù)字修復(fù)三維模型，以滿足文物修復(fù)與博物館展陳的實(shí)際需要。

國(guó)家社科基金重大項(xiàng)目“三星堆文化與中國(guó)文明研究”首席專家、四川大學(xué)考古文博學(xué)院教授黎海超告訴《中國(guó)報(bào)道》記者，如何跨越人文科學(xué)與自然科學(xué)的界限，將考古與科技有機(jī)融合是學(xué)科面臨的難點(diǎn)。走出三星堆，以多學(xué)科視角系統(tǒng)化復(fù)原各類高等級(jí)遺存的來源脈絡(luò)，將為解決三星堆之謎提供全新視角，為探索中華文明多元一體格局、中華文明與世界文明跨時(shí)空對(duì)話，貢獻(xiàn)堅(jiān)實(shí)的理論與實(shí)證支撐。

故宮博物院與三星堆的這場(chǎng)科技奇緣，從銹蝕物研究到繪制“腐蝕時(shí)鐘”，從芯骨反推鑄造工藝與產(chǎn)地到數(shù)字化虛擬修復(fù)，文物保護(hù)專家們正在改寫考古學(xué)的敘事方式，重塑考古學(xué)的邊界，用數(shù)字智慧解碼失落的文明密碼。

當(dāng)三星堆青銅器“鉛錫黃”的成因逐漸明晰，鑄造工坊的謎團(tuán)逐漸揭開，科技考古的力量正在打開理解古蜀文明的新維度。