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助力考古的科技元素
时间:2019-01-28

 

·图/沈臻懿

 

或许大部分人对于考古的印象,仍停留在田间荒野上的发现与挖掘,似乎其与科技之间存在着一道鸿沟。但实际上,考古与科技之间一直以来都有着不解之缘,诸如水下考古中的科技元素,对于“失落的世界”的科技重现、稳定同位素的分析应用等,无一不在增添着考古的科技色彩。

 

 

考古与科技的不解之缘

在绝大多数人的眼中,考古还是一门纯粹的人文社会科学,与自然科学之间似乎“八竿子打不着”。然而,现实情形并非如此。从现代考古学诞生伊始,其就与科学技术结下了不解之缘。考古学专家们往往是未来科学技术的引领者,各类学科领域的前沿知识以及诸多现代科技的引入,令世人得以更为深入地了解已然逝去的远古世界。正如美国内布拉斯加大学考古学者希瑟·理查兹所言,“考古学有史以来都是一门跨学科领域的专业。当前,科学与工程学之间的合作较之于以往又有了明显增加。这对于考古学专家而言尤为受益,新的科学技术能够帮助其更好地知悉过去”。

 

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与延伸。由于受到历史上曾发生的火山喷发、地震、海啸等自然灾害影响,致使某些毗邻水域的港口、墓葬、建筑等沉没于水底;在一些古时航运路线的水域中,还保存着大量古代沉船与文物。作为科技考古的重要内容,水下考古并非仅仅只是海底探宝,还需要借助大量科学技术手段,以攻克水下作业所面临的各种风险与难题。

随着水下考古机器人的问世,考古学专家们能够更为深入地探索水底下的古老城市与遗迹。水下考古机器人属于水下遥控潜水器与人形机器人的混合体,身高1.5米。其背部安装有推进器,并自备动力来源,能够像潜水员般游泳。该设备集成了人工智能技术与触觉感官反馈系统,能够将机器人所抓取物品的感知情况向终端传送。水下考古机器人外形类似人类,有着装载了传感器的头脑与躯干肢体。其最具有代表性的则是一双柔软且有弹性的手臂,手腕内装载有专业的力量传感器。由于采取了人形设计以及触觉反馈,该设备的操作视角仿真度高,且极易上手操作。即使是缺乏操作经验的新手,都能较为轻松地控制机器人抓起水下物品而不破损。

声学分析在水下考古中,能够为考古学专家提供发现被淹没城市与水下沉船的线索。因此,一直以来声呐都是水下考古中的一项重要支撑技术。传统声呐技术只能用来对遥远物体的位置进行探测,但随着技术的更新,当前的声呐已经能够帮助考古学专家获得更大范围内的高清图像。此外,当更新后的声呐系统与水下考古机器人、水下摄影与激光雷达等技术互为融合后,考古学专家们不仅可以得到海底遗迹、水下沉船等精确3D图像,还能更为高效、准确地对水下物体进行定位。

除了借助各类探测设备外,考古学专家们也需要潜入水下进行研究与挖掘。不过,传统的水下呼吸系统,只能让考古学专家在数十米的水下停留、考察较短的时间。随着当前潜水装备技术的不断发展,新型再生式氧气系统与“水下装甲装备”,能够帮助考古学专家在水下潜得更深、停留时间更长。全身式的“水下装甲装备”能够让考古学专家潜入水下300米的深度,并一次性在水下坚持5小时之久。此外,这一装备能够为水下考古学专家提供正常气压的氧气。因此,考古学专家在潜水后,并不需要再进行专门的降压。“水下装甲装备”配有的推进系统以及照明系统,则能够让考古学专家在水下更为轻松地游动与工作。

 

“失落世界”的科技重现与遨游

地理信息系统(Geographic Information SystemGIS)自问世以来,就一直为考古学专家们所依赖。该系统可以借助全球定位系统与相关数据信息,创建各类复杂考古遗址的二维结构图。不过,随着考古领域新技术层出不穷地引入,考古学专家们不再满足于绘制单纯的遗址二维结构图。鉴于3D影像技术、VR虚拟技术、声学分析技术等科技手段在事物仿真、重建等方面的独特优势,考古学专家们尝试着将这些技术与地理信息系统进行创新组合,从而创建出了一种交互式的遗址虚拟重现系统。简单来说,这一新型数字技术,不仅能够再现远古时代人们的日常生活景象,还能将残垣断壁、遍布尘埃的遗址予以“修复”,从而令其“再现”昔日古都的繁华与辉煌。

这一交互式遗址虚拟重现系统的基础,首先在于成像技术的合理应用。在考古活动中,考古学专家们多采用激光雷达系统与摄影测量这两种技术来达到遗址成像的目的。激光雷达系统是利用激光脉冲,来获取空间数据信息。在运用这一技术时,考古学专家或其他专业人员需要将激光雷达系统装置于小型飞行器或直升机上。飞行器在遗址上空飞行时,即可以通过激光脉冲的反射时间,来分析、推断相应的空间距离与远近。该成像技术的应用,能够便于考古学专家在较短时间内得到遗址的地势图。此外,借助于空中与地面的摄影测量技术,还可以帮助考古学专家获得更多的细节性信息,进而能够助其发现更多原来不甚了解与掌握的新情况。借助于成像技术的综合应用,原先二维视野下的照片将得以形成三维视野的图像,进而为考古学专家提供所需的高清模型。随后,高清模型与交互式遗址虚拟重现技术的对接,能够进一步为其添加必要的色彩、阴影等更为还原现实的特征项。这一新技术的融合,不仅能够让考古学专家对考古遗址进行精密、细致的计算机模拟,还能借助3D影像、VR系统,让参观者也能在“失落的世界”中身临其境地遨游与探秘。不可否认,人们对于世界的感官认知是全方位的。因此,考古学专家们甚至不再满足于单单想了解古时社会时所能看到的感官体验,还期待能够进一步了解古代人彼时所听到的内容。为此,有考古学专家已尝试在这一交互式遗址虚拟重建系统中,进一步探索增加声学分析技术。将声音引入这一虚拟系统,以期能够让人们同时看到和听到昔日“失落世界”中的方方面面。

 

科技考古中的稳定同位素分析

当考古学专家踏进某一处遗址,接触到古人生活所遗留下的场所、器物、堆积等,其综合整理与研究的过程,在某种程度上即是对古人生活的“回归体验”。但如果古墓葬中出土的随葬品极为有限,或者遗址中发现的物品较少,以器物为对象的传统考古研究往往可能难以展开。在此情形下,考古学专家就不得不另辟蹊径,采用“稳定同位素分析”的技术手段,对农业的起源发展、先民的饮食结构、偏好,家畜驯养等内容予以探索。人与动物硬组织(骨骼、牙齿等)相关元素的稳定同位素组成,与其生前饮食结构与食谱有着极为紧密的联系。换句话来说,由于自然界中的碳(C)、氮(N)同位素值的变异是可以预测的,故借助于稳定同位素的存在,得以分析古时人类的饮食倾向。人类在持续摄取含有碳13与氮15食物的过程中,人体内随之形成了碳13对碳12或氮15对氮14的较高比值。科学实验表明,生活在海洋环境以及河海口地区的动物,较之于陆地上的有机物质而言,其所含的碳13与氮15更为丰富。此外,诸如小米、高粱、海鱼等食物,较之于其他食物,含有更多的碳13同位素。譬如,考古学专家在从事人类适应自然生态环境方面的研究时,尝试对海岸与内陆地区的不同地区族群的饮食结构与摄食系统进行分析。在此过程中,考古学专家就需要借助于稳定同位素分析的技术手段,对从古墓葬或遗址中发现的人类骨骼或动物骨骼所含的碳、氮同位素进行分析、比较,从而推断出特定族群的升迁饮食结构与食物摄取倾向。