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現與挖掘，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、穩定同位素的分析應用等，無一不在增添著考古的科技色彩。

考古與科技的不解之緣

在絕大多數人的眼中，考古還是一門純粹的人文社會科學，與自然科學之間似乎“八竿子打不著”。然而，現實情形并非如此。從現代考古學誕生伊始，其就與科學技術結下了不解之緣。考古學專家們往往是未來科學技術的引領者，各類學科領域的前沿知識以及諸多現代科技的引入，令世人得以更為深入地了解已然逝去的遠古世界。正如美國內布拉斯加大學考古學者希瑟·理查茲所言，“考古學有史以來都是一門跨學科領域的專業。當前，科學與工程學之間的合作較之于以往又有了明顯增加。這對于考古學專家而言尤為受益，新的科學技術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生的火山噴發、地震、海嘯等自然災害影響，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容，水下考古并非僅僅只是海底探寶，還需要借助大量科學技術手段，以攻克水下作業所面臨的各種風險與難題。

隨著水下考古機器人的問世，考古學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。該設備集成了人工智能技術與觸覺感官反饋系統，能夠將機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，手腕內裝載有專業的力量傳感器。由于采取了人形設計以及觸覺反饋，該設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。

聲學分析在水下考古中，能夠為考古學專家提供發現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。傳統聲吶技術只能用來對遙遠物體的位置進行探測，但隨著技術的更新，當前的聲吶已經能夠幫助考古學專家獲得更大范圍內的高清圖像。此外，當更新后的聲吶系統與水下考古機器人、水下攝影與激光雷達等技術互為融合后，考古學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、準確地對水下物體進行定位。

除了借助各類探測設備外，考古學專家們也需要潛入水下進行研究與挖掘。不過，傳統的水下呼吸系統，只能讓考古學專家在數十米的水下停留、考察較短的時間。隨著當前潛水裝備技術的不斷發展，新型再生式氧氣系統與“水下裝甲裝備”，能夠幫助考古學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專家提供正常氣壓的氧氣。因此，考古學專家在潛水后，并不需要再進行專門的降壓。“水下裝甲裝備”配有的推進系統以及照明系統，則能夠讓考古學專家在水下更為輕松地游動與工作。

“失落世界”的科技重現與遨游

地理信息系統（Geographic Information System，GIS）自問世以來，就一直為考古學專家們所依賴。該系統可以借助全球定位系統與相關數據信息，創建各類復雜考古遺址的二維結構圖。不過，隨著考古領域新技術層出不窮地引入，考古學專家們不再滿足于繪制單純的遺址二維結構圖。鑒于3D影像技術、VR虛擬技術、聲學分析技術等科技手段在事物仿真、重建等方面的獨特優勢，考古學專家們嘗試著將這些技術與地理信息系統進行創新組合，從而創建出了一種交互式的遺址虛擬重現系統。簡單來說，這一新型數字技術，不僅能夠再現遠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”，從而令其“再現”昔日古都的繁華與輝煌。

這一交互式遺址虛擬重現系統的基礎，首先在于成像技術的合理應用。在考古活動中，考古學專家們多采用激光雷達系統與攝影測量這兩種技術來達到遺址成像的目的。激光雷達系統是利用激光脈沖，來獲取空間數據信息。在運用這一技術時，考古學專家或其他專業人員需要將激光雷達系統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、推斷相應的空間距離與遠近。該成像技術的應用，能夠便于考古學專家在較短時間內得到遺址的地勢圖。此外，借助于空中與地面的攝影測量技術，還可以幫助考古學專家獲得更多的細節性信息，進而能夠助其發現更多原來不甚了解與掌握的新情況。借助于成像技術的綜合應用，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技術的對接，能夠進一步為其添加必要的色彩、陰影等更為還原現實的特征項。這一新技術的融合，不僅能夠讓考古學專家對考古遺址進行精密、細致的計算機模擬，還能借助3D影像、VR系統，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，人們對于世界的感官認知是全方位的。因此，考古學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容。為此，有考古學專家已嘗試在這一交互式遺址虛擬重建系統中，進一步探索增加聲學分析技術。將聲音引入這一虛擬系統，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。

科技考古中的穩定同位素分析

當考古學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，或者遺址中發現的物品較少，以器物為對象的傳統考古研究往往可能難以展開。在此情形下，考古學專家就不得不另辟蹊徑，采用“穩定同位素分析”的技術手段，對農業的起源發展、先民的飲食結構、偏好，家畜馴養等內容予以探索。人與動物硬組織（骨骼、牙齒等）相關元素的穩定同位素組成，與其生前飲食結構與食譜有著極為緊密的聯系。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測的，故借助于穩定同位素的存在，得以分析古時人類的飲食傾向。人類在持續攝取含有碳13與氮15食物的過程中，人體內隨之形成了碳13對碳12或氮15對氮14的較高比值。科學實驗表明，生活在海洋環境以及河海口地區的動物，較之于陸地上的有機物質而言，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，考古學專家在從事人類適應自然生態環境方面的研究時，嘗試對海岸與內陸地區的不同地區族群的飲食結構與攝食系統進行分析。在此過程中，考古學專家就需要借助于穩定同位素分析的技術手段，對從古墓葬或遺址中發現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構與食物攝取傾向。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com