考古中有哪些高科技“神器”

楊益民

三星堆考古現場的高科技發掘大棚、工作艙、實驗室設施。圖片|北京日報?

考古學是通過分析古代物質遺存來研究人類歷史的科學，其源頭可以上溯至歐洲的古物學和中國的金石學。19世紀，自然科學的發展促進了考古學的成熟，地質學中的地層學和生物學中的分類學被引入到考古學中，形成了考古地層學和器物分析的類型學，現代考古學從此開端。可以說，考古學與生俱來就與自然科學密不可分。

考古學對古代遺存的信息提取，離不開以田野發掘、整理研究為主的傳統考古和理化分析為主的科技考古，后者的工作開展是建立在前者堅實的工作基礎之上的。數理化天地生等自然科學領域中的諸多方法都能在考古學中找到用武之地，考古學的發展越來越離不開科技方法的介入。科技考古現在使用的檢測方法有兩種趨勢，一是依賴專業人員進行實驗和數據解讀的前沿手段，比如古代基因組分析;二是易操作的小型檢測設備，比如成分分析用的便攜熒光光譜儀。從田野發掘、實物分析到有機分子的鑒定，科技手段為了解古代社會提供了豐富的信息，活化了歷史場景。

廣域考古中的利器：遙感技術

相比地面的考古勘察，太空中的衛星和天空中的飛機提供了不一樣的視角，也提供了不可替代的信息。遙感考古多使用可見光、紅外光、合成孔徑雷達等成像方法，站得高看得廣，可以獲取大面積的影像資料。古代遺存的土壤、微地貌、植被狀況與周邊環境會有細微的差異，各自有著不同的電磁波特征，在照片上仔細研讀，就可能找到方方的城址、彎彎的河道和長城等大型遺存。

在地廣人稀、交通不便的區域，遙感考古是考古人的利器，極大地減少了考古調查成本。新疆歷史上曾經有許多長城，但受千余年的風化侵蝕和人類活動的影響，長城遺存已經和周邊的沙漠、戈壁等環境渾然一體，人眼很難看出長城的存在，而利用遙感手段可基本“復原”出新疆古代長城的樣貌。此外，利用衛星影像并結合現場調查發現了《水經注》中新疆羅布泊地區的“注賓城”，并在樓蘭古城附近確認了“目”字形和橢圓放射狀兩種人工灌溉遺跡。借助遙感考古，中國考古學家還在絲綢之路西端突尼斯發現10處古羅馬時期考古遺存，揭示了古羅馬時期南線軍事防御系統的布局與農業灌溉系統的結構。

在人口稠密的地區，遙感考古可能避開人類活動的干擾。良渚文明是中國最早的文明之一，現在也是人口密集之地，人類活動對地貌影響甚大。發現良渚古城附近的水利高壩系統后，考古學家利用20世紀60年代的美國衛星影像進一步開展篩查，進而發現了良渚古城附近的水利低壩。

發現古物的制造奧秘：同步輻射光源

人工制品反映了人類利用自然、適應自然和改造自然的能力，也是人類智力演化的主要標志之一。工業革命以前，人類社會的演化就以工具材質和工藝來劃分，如舊石器時代（以打制石器為主）、新石器時代（以磨制石器為主）、青銅時代和鐵器時代等。人工制品的研究往往包括起源、制作工藝、產地分析和用途等。根據加工工藝，人工制品可分為冷加工制品（如石器、玉器等）和熱加工制品（如陶瓷、玻璃、金屬等）。

文保人員對出土的竹簡進行剝離。圖片|新華社

人類制作工具的歷史就是材料利用史。早期人類對石頭進行冷加工，從粗糙的打制石片、手斧到精致的細石葉，石器的形態和工藝反映了人類從200多萬年到1萬多年前的遷徙和文化交流情況。至少在1萬余年前，中國先民掌握了旋轉鉆孔技術。鴕鳥蛋殼做的珠子是舊石器晚期先民常見的飾品，鴕鳥蛋殼珠比較脆弱，穿孔內部的土壤也不易徹底清除，直接用光學顯微鏡或使用硅膠翻模再掃描電鏡觀察的傳統鉆孔工藝研究方法并不適用。科學家用上海同步輻射光源對水洞溝遺址12地點附近的鴕鳥蛋殼珠進行了無損的顯微CT分析和三維建模，判斷蛋殼來自安氏鴕鳥。先民們從蛋殼內表面使用扭轉鉆孔方法定位，如使用燧石做的尖狀器;再使用旋轉鉆孔方法來深入鉆孔，并至少使用了兩種鉆頭，最后使用圓柱形磨頭并配合旋轉方法將穿孔打磨成圓柱形。

中國是陶器的起源地區之一，碳十四測年表明江西仙人洞出土的陶器能早到距今約2萬年。陶瓷的燒成溫度反映了高溫技術的進步，基于改進的熱膨脹分析方法，判斷距今約9000年的東胡林遺址出土陶片的燒成溫度在500℃左右。瓷器是中國的特有發明，根據胎和釉原料的化學組成和燒成溫度（至少超過1150度），我國青瓷起源的時間最晚可追溯至夏代。盡管中國先民的陶瓷制作工藝一直很發達，但古代陶工并沒有故步自封，他們持續從外界汲取技術營養。大約3000年前，中國陶瓷業首次受到外來技術的影響，新的陶瓷制品種類——釉砂開始出現并成為當時貴族階層的新寵。釉砂的引進消化吸收，促進了中國古陶瓷呈色技術的發展;古代陶工的“調色盤”從僅依靠鐵元素擴展到銅元素，釉色也不再局限于黃色和綠色。北京同步輻射光源吸收邊分析表明，到戰國中晚期，金屬銅顆粒致色的銅紅釉也在釉陶上開始使用。元代開始大規模從域外輸入鈷料制作青花瓷，利用聚焦離子束掃描電鏡制備透射電鏡的樣品并開展化學成分和結構分析表明，進口鈷料和國產鈷料共存于明代宣德時期的青花瓷上。

動物考古學家通過骨頭的形態學分析基本梳理了過去1萬年我國家養動物的利用過程。例如，通過齒列長度或齒列扭曲等形態分析，發現距今1 萬年左右的河北南莊頭遺址開始飼養家狗。

公元前500年左右，域外玻璃蜻蜓眼珠的輸入刺激了國產鉛鋇和鉀鈣玻璃的出現。使用顯微CT可以無損區分釉砂、釉陶和玻璃等不同材質的蜻蜓眼珠，并判別不同類型的加工工藝。印度太平洋玻璃珠是戰國中晚期開始在南亞、東南亞出現并向各地傳播，基于無損的同步輻射顯微CT、同步輻射顯微衍射分析及微損的激光剝蝕成分分析，云南句町王國出土的漢代印度太平洋銅紅玻璃珠，主要依靠金屬銅顆粒致紅色，產地可能是東南亞，而氣泡形狀不應是判斷拉制法的主要依據。