高科技“神器”助力现代考古

在四川省广汉市三星堆遗址，文保人员操纵专业设备对5号“祭祀坑”内进行显微观察。 新华社记者 王曦 摄

100年前，也是在这样的深秋，位于河南省渑池县的仰韶村遗址迎来科学发掘的第一铲，中国现代考古学也由此发轫。

　　如今，走过百年历程。在仰韶文化发现和中国现代考古学诞生100周年之际，习近平总书记致信祝贺，希望广大考古工作者增强历史使命感和责任感，更好展示中华文明风采，弘扬中华优秀传统文化。

　　说起考古，不少人想到的，是一把铁铲、一把刷子、一个卷尺、一台显微镜……然而，随着科学技术的发展，考古早已不是我们想象中的模样。

　　取而代之的，是半空中嗡嗡作响的探测无人机，是自带监控及预警系统的考古大棚，是碳十四测年、DNA分析等技术在价值阐释中的广泛应用……

　　那么，当考古遇上科技，将会碰撞出什么样的火花？那些出土的千年文物，又如何为我们“讲述”古老的故事？

　　遥感技术、数字技术、智能技术……考古探测更精准更高效

　　“沉睡三千年，再醒惊天下。”今年，被誉为“20世纪人类最重大考古发现之一”的三星堆遗址再次惊艳世界。

　　前不久，三星堆遗址祭祀区阶段性重大考古成果对外公布，再度引发了大众的关注。

　　截至9月5日，8号坑已提取文物4288件，其中铜器3508件，金器345件，玉器253件……如此详实的文物统计数据背后，离不开科技助力。

　　记者了解到，为方便后续研究，自中国考古学诞生伊始，给文物“上户籍”——对每一件文物进行细致的编号和信息采集，就成了考古工作的标配。

　　过去，受技术限制，每一件文物的“户籍”信息有限。而如今，借助电子全站仪，考古人员便可获得一件文物的高精度三维坐标。

　　电子全站仪是近年来在考古工作中使用的一种新型测绘仪器，可采集水平角、竖直角、倾斜距离三种基本数据，通过内部微处理器计算，可得到坐标、方位角、高差等数据。电子全站仪的使用方便、精准，也带来了考古工作思路的转变。

　　这只是科技助力考古探测的一个例子。

　　测绘、勘探是现代考古工作中重要环节。如今，遥感技术、数字技术、智能技术等在考古探测中应用广泛。

　　天上遥感纵览全局。此前，中国空间技术研究院的科研人员，就利用无人机航拍以及空间数据建模等遥感技术，加上实地探测，收集了陕西秦陵遗址约60平方公里的地表信息。通过在电脑里建立地表模型，对碎片、色彩、场景等进行复原，并结合已有的秦汉建筑和地宫模型，复原了秦始皇帝陵地貌，甚至可以根据遥感信息中细微的人类生存痕迹，还原古代护陵人的生活轨迹。

　　据有关考古学家介绍，相比地面的考古勘察，卫星、飞机等遥感技术提供了不一样的视角，也提供了不可替代的信息。“遥感考古多使用可见光、红外光等成像方法，站得高看得广，可以获取大面积的影像资料。根据不同物体的电磁波特征，可能会发现城址、河道等大型遗存。”

　　前不久，在西安咸阳国际机场三期扩建考古工地，一种新一代考古预探测智能机器人开展了部分应用实验。

　　“这是一种柔性机器人，尺寸小、身体柔性高、通过能力强，可用于识别深埋于地下的遗存环境及种类等，是考古发掘前的预探测。”国家重点研发计划“文物出土现场应急保护技术体系研究”项目负责人、陕西省考古研究院副院长赵西晨告诉记者，柔性机器人形似蜈蚣，集照明、温湿度及气体检测、摄像等功能于一体，可对地下环境进行初步的图形记录和信息采集。借助它，可以提高遗存信息获取的精度以及对出土文物保护的针对性。

　　先进理念和科技带来的，不仅是让探测更加精准，也更加高效。

　　此前，在雄安考古中，装载激光雷达测绘系统的无人机，让海量数据瞬间获得，所生成的地图上，屋舍、街巷、河流、田地的形状位置大小等一目了然，联合考古队很快完成雄安新区起步区测绘。

　　以前需要手动布置三四天的探方，如今通过三维定位测量仪器仅需1小时就能完成，通过实景三维建模软件，半个小时就能生成三维实景影像图。

　　考古方舱、移动实验室、3D打印……最大限度保护出土文物

　　预防性保护体系、环境监测系统、考古智慧云台……今年的三星堆遗址发掘，被誉为是“一场高科技助力的多学科‘综合考古’”。

　　据参与1986年三星堆遗址发掘的一位当地村民回忆，他们当时发掘2号坑时，只是用竹竿搭建了一个围栏。挖掘出的文物用纸包住后放进木制箱子里运走……与以前不同，此轮发掘，工作人员借助高科技手段给发掘坑盖起了“空调房”，做到了对文物最大限度、最优方案的保护。

　　在考古现场，工作人员不仅搭建了2000余平方米的大棚来阻挡风吹日晒雨淋，而且还为6个新发现的祭祀坑搭建了透明房子——“考古方舱”。这是我国首次采用“考古方舱”。方舱内，空气智慧调控系统让舱内的温度、湿度可调可控，甚至可以密切跟踪舱内的二氧化碳、二氧化氮含量，随时进行空气净化，给予出土文物最佳保护环境。

　　与此同时，每个方舱里还配备了集成发掘平台，并设置有多功能考古操作系统，采用了平行桁架、自动化载人系统等装置，实现出土文物调运的功能。据介绍，考古人员进入方舱要“全副武装”，工作平台可以像吊篮一样让穿着防护服的考古人员在坑内悬空作业，以此减少发掘坑中的文物和填土受到污染。

　　此外，发掘现场还备有应急分析实验室、微痕应急保护实验室、有机实验室、无机实验室、文保工作室、考古工作室等。

　　针对出土现场遗存保护需求，国家重点研发计划“文物出土现场应急保护技术体系研究”项目研究成果也在三星堆此轮考古发掘中得到示范研究。

　　据赵西晨介绍，项目团队在考古现场打造了文物保护移动实验室，依托移动实验室搭载的技术设备和综合信息管理平台，对遗址区3号坑出土的青铜尊、青铜面具等器物进行遗迹、遗痕原位无损快速辨识等现场调查，并为其作出“健康”评估，针对器物本体保存状况提出应急保护思路。

　　“比如，红外照片显示方尊下沿口泥土较厚部位有一条上下走向的低温线，我们推测可能存在裂缝。通过含水量测试仪，发现青铜器表面颜料覆盖土含水率在5.6%-14.8%，整体偏低，不利于覆盖土清理，等等。”赵西晨告诉记者，基于现场调查和健康评估，他们提出“对矿化程度高、病害复杂严重的青铜器，需采取必要加固处理，至实验室开展保护修复工作”“及时清理颜料覆盖土，以防错失最佳清理时间”等应急保护思路。

　　为何如此谨慎？其原因在于，考古发掘并非只是简单的“挖宝”，更是对文化的保护与传承。

　　这些在地下“沉睡”了数千年的文物，所处地下封闭性好，其空间内的氧气在长期的耗氧细菌的代谢活动中被消耗无几，而且温度较低，而文物又常常被湿润泥土覆盖，所以能长久保存。文物发掘出土后也会因为温度、湿度、二氧化碳等环境因素的变化而变化，比如颜色、质地等。所以，发掘中对环境的控制和发掘后对文物的保护就变得尤为重要。

　　受三星堆遗址发掘的启发，江苏省苏州市考古研究所将两具千年木棺打包送至位于无锡的中国社会科学院考古研究所华东基地。在那里，量身定制的考古方舱被启用。

　　“当时我们面临的问题是，考古发掘工作时间非常紧张，且梅雨季节将至，工地地下水位高，雨水浸泡木棺，不利于后续工作的开展。”据苏州市考古研究所有关负责人介绍。如果把考古发掘工作由野外转至室内，为文物提取创造恒温恒湿的“伪环境”，这些问题也迎刃而解。

　　不仅如此，3D打印技术也被引入考古工作。通过3D打印，考古工作者用数字化扫描方式收集文物的形态数据,然后打印出一模一样的石膏模型，再用石膏模型制作出硅胶保护套，为文物穿上保护套后以套箱的方式提取文物，确保文物不受损伤。

　　显微观察、高光谱成像、古DNA研究……读懂遗迹遗物中的潜信息

　　身披丝绸、手戴玉环、脚踩“混凝土”地坪、再喝上一杯粮食酿造的美酒……随着仰韶村遗址第四次考古发掘重要成果发布，5000多年前仰韶村先民的生活图景正依托丰富的考古实证材料被不断还原。

　　据仰韶村遗址第四次考古发掘现场负责人介绍，经多学科综合分析研究，考古人员在仰韶文化中期、晚期小口尖底瓶样品中检测出谷物发酵酒残留，很可能是以黍、粟、水稻等为原料制作的发酵酒。此外，考古人员还在仰韶村遗址人骨土样样品中检测到丝蛋白残留物，说明墓葬中很可能曾存在过丝绸实物。

　　读懂隐藏在遗迹、遗存背后的“密码”，实现与过去的跨时空对话，是考古工作的重要目的之一。

　　在这一方面，科技更是有着不可思议的“魔力”——可以对某些肉眼看不到的特定对象进行探测、测试和分析，按照科学的依据提出科学结论，比如年代测定、古DNA研究、同位素研究和有机残留物分析等，也可以通过多种学科、技术与方法，对与古代人类活动相关的自然环境等得出比较客观的推测或结论，发掘出古代遗物遗迹中的“潜信息”，从而获得研究考古学问题的新视角。

　　比如，考古人员在对西安米家崖仰韶时期尖底瓶及陶罐、漏斗等陶器组合物进行研究时，对陶器内部残留物进行淀粉粒的显微观察，发现部分淀粉粒有缺坑、变形和糊化等损伤迹象，并进行模拟酿酒实验，验证这些迹象与酿造过程中淀粉粒的损伤特征类似，同时在残留物里发现了谷芽酒酿造时产生的副产品，推测原料为黍、大麦等作物混合而成，首次对我国尖底瓶等新石器时期陶器功用进行科学分析，揭示了5000年前中国先民就已掌握谷芽酒的酿造配方，更新了我们对于尖底瓶使用功能的认识。

　　在此次三星堆遗址发掘过程中，高光谱成像扫描系统就发挥了重要作用。

　　由于不同物质吸收光和反射光的强度不同，不同物质会呈现出不同的光谱特征。如同给文物做CT一样，借助高光谱成像扫描系统，考古研究人员可以通过光谱识别出不同文物的材料和属性。

　　高光谱成像扫描系统捕捉的信息，还能帮助考古人员发现文物背后的“秘密”。例如，4号祭祀坑最上面一层是燃烧的灰烬层，灰烬层下面有文物。

　　通过分析灰烬层样品的高光谱数据，考古人员发现特定灰烬物质在样品中的分散并不均匀。

　　“这能帮助研究人员分析出灰烬是燃烧后倒进去的，还是直接在坑内燃烧形成的，对了解古人祭祀的行为特征具有重要意义。”西安光机所光谱成像技术实验室文化光谱研究团队成员、助理研究员唐兴佳表示。

　　考古人员还利用显微观察、便携荧光光谱测试和数字化实时记录法，首次明确了三星堆出土青铜器纹饰上红色颜料为人为绘彩，并确认了朱砂的存在。

　　通过古DNA技术直接研究过去的人群，为人类学相关问题的破解带来更多可能。

　　据了解，古DNA是指在古代生物遗骸中残存的DNA片段，通过古DNA，能够直接观察到古代个体的遗传成分和基因的混杂模式，并用于比较过去人群与现在人群之间在谱系关系上的独特信息，从而揭示人类演化过程中的细节。

　　“考古学意味着‘一眼千年、万年、百万年’，是考古人通过物质遗存研究逝去历史的学问。”中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员付巧妹表示，考古遗存本身不能说话，但通过现代各种科技手段，可以充分发掘出丰富、多样化的历史信息，为我们打开历史之门、讲述更加真实生动的历史故事提供帮助。