揭開水底城的面紗

王瑞良

水下考古是考古學的一個重要分支，涉及海洋學、水聲學和機器人等諸多學科，是一個正在探索的充滿高新科技的領域。

撫仙湖位于云南省澄江、江川、華寧三縣間，距昆明市60千米，面積212平方千米，最深處155米，是我國僅次于長白山天池的第二深水湖，屬于斷陷型湖盆地之一。民間流傳說，這里有一座“水下古城”，但史料中沒有找到有關的文字記載。

在一次動用了多種科技手段的水下考古行動中，傳說得到了確認：撫仙湖水下存在著一個距今大約1 750年（即我國東漢時期）的古代城市或大型村落遺跡?？赡苁堑卣鹪斐傻牡刭|滑坡，使撫仙湖水位升高，將其淹沒了；或者是地震造成地殼陷落，使其沉入水中。在這里，深潛作業、水下觀測和資料傳輸，靠的是水下機器人；建筑方位和水深的測定，依靠聲吶設備；而水下建筑的構成年代判定，主要依據的是對建筑物里的填充物——螺殼的放射測定。

搜索的“眼睛”

擔綱這次水下考古活動主角的，是中科院沈陽自動化研究所研制的兩套機器人設備：一套是“金魚”系列輕小型水下機器人；另一套是“CR-02”6 000米自治水下機器人。之所以出動水下機器人，是因為事先已探明，古建筑遺跡位于水下70米左右，而潛水員的一般潛水深度在60米。

“金魚”系列機器人形體小巧，能在水下環境或狹小的空間做前進、后退、平移、垂直下潛和水平轉彎等高難動作，工作人員只需在陸上操縱即可。由于采用了先進的CCD水下攝像機和合理光譜的照明燈，在水下100米深處仍能得到清晰的圖像，且圖像上疊加有文字說明的參數，如年、月、日、時間、深度和方位角等，看起來非常直觀。但是它沒有機械手，也不具備探測功能，只能起到觀察作用，故需另一種機器人與之配合，協同作戰。

“CR-02”6 000米自治水下機器人的外形酷似魚雷。它能緊貼湖底運作，全面負責遠距離考察撫仙湖附近水域的地形地貌。它與“金魚”一大一小，一遠一近，相輔相承，出色地完成了任務。

用聲吶探測水深和方位

對目標的探測，在陸上可以依靠雷達，它利用電磁波遇到物體會反射回來的“回聲定位”原理，可以探測遠處的物體。但是電磁波在水中跟空氣中大不一樣，它的能量很快會被水吸收，而無法進行遠距離傳播。于是，研究人員把目光轉向聲學方法，發現水對聲波的吸收很小，聲波在水中可以傳得很遠。這樣，聲吶很快便成為水中探測目標、傳遞信息的重要工具。所以，聲吶又稱“聲波雷達”。

按照工作方式的不同，聲吶可分為主動聲吶和被動聲納兩類。前者本身能發射聲波，當聲波遇到物體便反射回來，再經過聲電轉換和放大處理，最后顯示在熒光屏上。根據聲波發射的方向、往返的時間就可以計算出被測物體的方位和距離。被動聲吶本身不能發射聲波，只能接收別的物體在水中發出的聲波。這次考古采用的是主動聲吶。聲吶技術除可用于水下考古外，更多的還是應用在軍事、通訊、勘探和漁業等領域。

靠放射性測定確定建筑物年代

經放射性碳元素測定，撫仙湖水下古建筑的年代，最晚距今1 750年（±100年），屬我國東漢時期。這個數據是怎樣測定的呢？要了解其中的奧秘，還得從物理學中的熱釋光現象說起。

熱釋光現象早在1663年時就被發現。那年冬天，英國的一位貴族圍爐取暖，把戴有鉆石戒指的手伸近爐火。他突然發現，原先是微黃色的鉆石，竟漸漸變成美麗的藍色。他感到十分愕然，以為這是一枚“魔戒”。直到300多年后，人們才揭開“魔戒”之謎：原來，鉆石受熱變色，是固體物質的一種物理發光現象，科學上稱為熱釋光。

實驗發現，陶瓷、鉆石、貝殼之類，一般都含有微量天然放射性元素鈾、釷和鉀40，它們都能產生α、β和γ射線。其中所含的石英、長石晶體等受到射線的輻射時，某些電子就會發生躍遷，最后掉進那些由不完整晶格所造成的“陷阱”中去?！跋葳濉痹缴?，電子在里面居留的時間就越長，有時可達百萬年以上。其后，當陶瓷、鉆石、貝殼等再受熱時，“陷阱”內的電子獲得足夠的能量，就會從“陷阱”中逃逸出來，遇上一些特殊的雜原子與其復合，就會釋放出能量（光子），從而形成熱釋光。只需測定這種熱釋光的大小，就能推算出它積累了多少歲月，也就知道它存在了多少年。

撫仙湖水下考古工作者們，正是依據對水下建筑里的填充物——螺殼的放射性測定，才大致弄清了這座水下古建筑的構成年代。