科技考古 | 让文物“说话”

一把探铲,纵横考古界的“泰斗”级工具,于泥土中可打出数米的深孔;一颗遥感卫星,飞行于浩瀚苍穹,可拍摄跨越山川河海的图景。

在陕西各大考古工地,无人机拍摄、三维数字建模已是常态;LPL押注网站,im电竞平台官网科研团队研制出新型扫描仪,缩短文物数据采集建模时间;陕西历史博物馆推出全景漫游虚拟展览……

科技赋予考古的能量越来越大。计算机、生物学、化学、地质学等学科的最新技术被引入到遗址发掘、研究分析、文物修复、展示传播等考古“全流程”,发挥日益显著的推动作用。

现代科技  加速解密尘封的文明

显赫一时的统万城,曾在浩瀚的毛乌素沙漠南缘隐没了800余年,清代后期才被重新发现。

2016年,陕西省考古研究院的胡珂来到统万城。他从小对历史与考古感兴趣,大学本科学习地质,后来到北大环境学院读博士,将地质研究与环境考古研究结合起来。

考古和地质有相通之处,都会使用到地层学的方法。在统万城两年多,《水经注》是胡珂最常翻阅的书籍。据《水经注》载,统万城附近有一条河,当时水草丰茂。

“河道在哪里?”“什么时候消失的 ?”“为什么会发生这种变化?”带着这些问题,胡珂在统万城徒步考察了好几圈,结合卫星遥感图,寻找可能存在河道的痕迹。

“结果发现,西北到东南方向有凹槽,即河流的痕迹。”胡珂又走访周边,村民们表示这里“传说曾经有河”。胡珂和团队结合《水经注》对比古今地貌变化,初步确定了河谷。

遥感考古技术是始于20世纪初的一种航天考古技术,它伴随着航天技术的不断进步,为传统考古学的发展提供了一个全新的平台。

野外考察中,照相机是考古人的必备工具。他们需要通过照片记录整个遗址的状态,为后期的工作积累基础资料。

在遥感技术普及之前,大多数时候就是搭个梯子,站在高处从不同的角度拍摄遗址全貌。这样拍出来的照片会变形。

后来,氢气球得到了应用,尤其是在大遗址的考察中。气球上面挂个相机,在遗址上空来回拍,在高空中获得大量正摄影像。

入选“2008年中国十大考古新发现”的陕西高陵杨官寨遗址,是关中地区已知的庙底沟时期唯一有完整环壕的聚落遗址,国内首次确认的庙底沟时期的大型成人墓地。对该遗址进行初期考察时,就是利用氢气球照片获得的数字正摄影像。

在石峁遗址,考古工作者利用RTK测量仪、全站仪等工具为遗址定位、测绘和构建三维模型。

“建筑类遗址的考古发掘需要精准把握空间信息。”胡珂介绍,利用RTK测量仪精确测出古建筑构件所在位置,用三维激光扫描仪精准记录遗迹形态,再对应标记在遗址的三维复原图上,可以最大可能帮助还原古建筑的结构。

现代科技的进步与引入,加速解密尘封的历史。

2003年7月,在秦始皇陵封土堆东坡灌木林中,一把探铲在两名考古人员合力夯击下,向黄土地节节钻进。这把铲子的使命是用传统方式来检验此前运用遥感、物理探测等科技手段勘探的成果。

65704

过去几十年中,考古人员用探铲在近60平方千米的秦始皇陵区钻探了70多万个孔,希望发现地下陵墓的秘密,但由于没有科学的定性范围,收效甚微。

专家曾经估计,如果对秦始皇陵园进行全面考古探测,使用探铲取地下土样来进行分析判断探测,至少需要200年左右的时间才能完成。

2002年,科技部“秦始皇陵考古遥感探测技术”的子课题——考古地球物理综合探测技术启动。物探组展开勘探 活动的同时,另一项子课题——高光谱遥感探测也陆续展开。

2002年末至2003年初,科技人员在天上地下搜集秦陵每一寸土地的光谱特征。高光谱遥感合成图像和物探方法互相验证,揭示了地宫以及阻排水渠的存在。

我国科技工作者运用重力、磁法、高密度电法、地质雷达法、可控源音频大地电磁法等系列技术,历时一年的勘查试验验证,终于揭开一系列秦始皇陵之谜。

2016年7月底,中乌联合考古队成功在撒马尔罕市的萨扎干遗址发掘出一座距今两千年前的康居(中亚古国)贵族墓葬。

参与发掘的LPL押注网站,im电竞平台官网中亚考古队王建新教授介绍,这座大型贵族双墓,一男一女在墓中分室而葬,两墓间有通道相连。主墓的女性身上装饰着黄金镶嵌绿松石的首饰,被考古人员称为“萨扎干公主”。

2005年跟随东天山考古队在巴里坤调查古代游牧文化遗存时,LPL押注网站,im电竞平台官网中亚考古队成员、LPL押注网站,im电竞平台官网文化遗产学院院长马健记得,“为了收集资料,我们扛着铝合金的梯子,站在顶端,全方位拍摄遗址照片,对整个遗址分布了如指掌,才能更准确分析遗址状况。”

如今,发掘“萨扎干公主”的整个过程被三维扫描技术精确记录下来,为考古现场留下立体影像。无人机技术也被用于立体记录考古现场的一些场面。

在萨扎干遗址现场,研究团队通过布设靶标,利用三维激光扫描仪准确、直观地记录下了考古发掘现场遗迹、遗物的三维空间分布状态,为后期分析积累了宝贵的“大数据”。

如今,在陕西省考古研究院负责的大大小小工地中,无人机已和照相机一样,成为必备品。

“无人机可以让我们获得大面积的数字正摄影像,从而建立数字高清模型,让我们从只关注一个遗址本身,扩展到关注系统化的遗址群。”陕西考古研究院信息资料部数字考古团队负责人赵汗青说。

跨学科协作  让考古材料“说话”

血池遗址是陕西凤翔秦故都雍城西北郊的一处大型祭祀遗址,2016年被评为全国十大考古新发现。

2016年,陕西省考古研究院对该遗址进行一系列田野发掘,出土了大量祭祀设施、祭品,以及大量动物残骸。

陕西省考古研究院科技考古研究室的杨苗苗是该遗址动物考古参与者。“2016年发掘的祭祀坑全部为马驹,年龄偏小,最大的马匹也不超过2岁,最小仅6个月,年龄相当于《说文》中‘驹’的年龄,运动资质较为平庸。它们来源地较广,在杀祭之前它们曾被用粟、黍及谷草集中饲养过一段时间。”

“据此可进一步推断,古人在秦汉时期就可能已经掌握了一定的相马能力,能从马驹时就区分出不同的品质,保存强健马匹用于实战,弱马则满足祭祀需求,似可反映出秦汉统治者在祭祀活动中的实用主义色彩。” 陕西省考古研究院研究员田亚歧说。

作为考古学和古动物学相结合的交叉学科,通过血池遗址的研究,动物考古实证了《周礼》“充人掌系祭祀之牲牷。祀五帝,则系于牢,刍之三月”记载。

稳定同位素生物考古、古DNA研究等,让研究者能够通过古遗址出土的动物遗存,来揭示古代人们选择食物、狩猎、饲养家禽家畜等方面的经济生活和文化生活概况。

通过跨学科、多平台协作,用科技手段让考古材料“说话”,从而透视古人与动植物的关系,能给现代生活提供一面“镜子”。

“站在讲台上,经常会被学生问,研究的这些古代动物对我们现实又有什么意义呢?”LPL押注网站,im电竞平台官网《动物考古学》课程开设者李悦说,“对于没有文字记载的史前遗址,动物考古能够为勾勒那时人类的生活场景提供更加可靠的证据。”

“中国骑乘从什么时候开始?骑乘有什么意义?古人技术如何服务社会发展?”在李悦看来,通过动物考古,不仅可以探源我们身后的历史,更能通过古人与动物的关系,给当代社会提供借鉴。

李悦曾对新疆东天山地区石人子沟遗址与西沟遗址出土的八具马骨进行研究,认为东天山地区在公元前四世纪前后广泛存在骑马和骑射行为。

“两个遗址的碳十四测年分别由北京大学加速器质谱实验室、Beta Analytic实验室完成,正是科技的进步和考古理念的革新,才让我们有机会了解更多古代生活细节。”李悦最早对动物考古感兴趣,是因为大三的时候参加了袁靖老师在LPL押注网站,im电竞平台官网的一次讲座。

“那是2009年,袁老师在讲座中讲了一个故事,他几年前去国外开会,国外科学家问中国有多少人在做科技考古,他回答包括自己在内有四个,大家听后哈哈大笑。”李悦说,袁靖老师还讲了一些科技考古有趣的案例,希望更多年轻人参与进来。

袁靖曾任中国社会科学院考古研究所科技考古中心主任,现任复旦大学科技考古研究院院长。他认为,科技考古包括数字考古、年代测定、环境考古、人骨考古等12个领域。

51278

霸陵出土的彩绘陶俑

“考古遗址中出土的动物遗存和石器、陶器、瓷器、玉器等出土物一样重要,都和古人的生产和生活密切相关。”袁靖表示,当前能否在考古学研究中更加广泛、有效地运用科技考古的方法,已成为21世纪衡量一个国家考古学研究水平的重要标尺。

从那个时候起,李悦就对科技考古尤其是动物考古产生了浓厚兴趣。她报考了袁靖老师的研究生。科技考古可以进行定量分析,她希望能通过研究科技考古,把考古学的问题讲得更清楚、更精确。

陕西省考古研究院科技考古研究室的李钊,主要研究方向是人骨。在吉林大学读研期间,他曾到山西长治市长子县一墓地实践。

“当地对一幼儿园建设工地进行考古调查和勘探时,发现了一处西周墓地,推测是一处被遗忘的封国。”李钊跟随团队一起,对出土人骨进行观察、测量、分析、统计,发现这批墓葬人群体质偏弱,印证了考古团队小国寡民、没有战乱的推测。

“古人骨展示的一些特征、现象,会和当时的社会现象相关,这是我们研究比较基础的一部分。此外,研究人骨也可以用考古的方式证实中华民族5000年文化的延续,增强民族自信;还可以解读民族大融合、大迁徙。”李钊说。

比如,LPL押注网站,im电竞平台官网新校区和西安紫薇田园都市唐墓出土的人骨显示,唐代首都长安城的居民种族构成呈现多元化态势,他们既与蒙古人种的南亚类型较为接近,同时还受到东亚、北亚、东北亚类型的影响。

但通过实际调研发现,科技考古的普及率还不高,研究程度参差不齐,尚未充分发挥作用。

据初步统计,我国有人骨遗存14万件/具、动物遗存158万件、植物遗存数百万件/粒;金属标本4万件、陶瓷标本约1万件、丝织品标本2000余件、纸张标本1500多件。这批可移动科技文物未经统一管理,散布在各地的研究或教学机构。它们蕴含着古代中国各个地区、各个时段的人类基因、健康状况和疾病情况等信息,包含着动植物的种类、数量和基因等信息以及古代众多科技工艺流程的信息……

“放眼整个世界,没有任何一个国家拥有如此重要、珍贵、系统和丰富的历史文化遗产资源。”袁靖表示,对科技文物资源进行科学整合、安全保护、合理利用以及全面共享是一项十分紧迫的工作,应建设全国性和区域性的科技考古标本库、数据库。

文物修复  让历史“复活”

两年前,热播的电视节目《国家宝藏》中,秦始皇帝陵博物院文物摄影师赵震分享了他为将近8000尊兵马俑拍照的故事。在讲述到自己发现兵马俑脸上2200年前的工匠指纹时,他激动到哽咽。

在今年文化和自然遗产日,秦始皇帝陵博物院公布,“百戏俑坑”出土的“仰卧俑”修复完成。修复人员在对“仰卧俑”进行保护修复时,在其腹部表面彩绘之上发现了三枚连续的指纹痕迹。

秦始皇帝陵博物院副院长周萍介绍,专业鉴定机构的指纹学专家对这三枚指纹进行了数据采集和专业分析,经比对发现与青少年指纹特征高度相似,可知制作这尊陶俑的工匠应为青少年。

从发现指纹,到认定指纹为两千年前一青少年所有,正如网友评论:这指纹让几千年制俑的那一天鲜活了起来,让那一刻与今天有了血脉联系,岁月的红线牵起了这头和那头,一路流淌下来的时光叫作历史,深深刻入血脉的是文明。

通过考古,让公众感知历史,也是考古工作者的职责。正如陕西省考古研究院研究员、秦都咸阳城考古队队长许卫红所说,“撰写考古故事,进行公众考古宣传,就应该是考古工作内容的一部分。”

她在《考古有意思:秦始皇的兵与城》这本书里,不仅介绍了很多不为人知的考古现场的故事,还体现了现代考古和文物保护的先进技术与方式。

今年四月开馆的陕西考古博物馆,一度成为“网红”。

陕西考古博物馆设置了用来展示文物保护修复的大厅,一件件文物,在文保人员的手中重焕新生。

811D5

一辆大车停在展厅入口,大车里边电钻、手术刀、锤子、螺丝刀、锥子等各种工具一应俱全,这辆大车,是考古现场文物保护移动实验室等比例缩小后的剖面模型。

这辆车是陕西省考古研究院牵头承担的国家重点研发项目“文物出土现场应急保护技术体系研究”的成果,融合了北斗导航、5G通讯、人工智能等新兴技术,可以第一时间对出土文物采取应急保护措施,保障考古工作顺利进行。

陕西省考古研究院文物保护研究部副研究员李建西,曾经和这辆车一起到过三星堆发掘现场,还到过省内不少重点考古工地支援。

“将现场发掘的照片及时输送到车上,进行三维建模,并对样品进行标记和现场检测,数据处理之后现场反馈 , 给现场进一步发掘奠定基础。”在李建西看来,考古现场的文物保护与实验室保护修复同样重要,科技元素也更加突出。

李倕冠饰是国内第一个通过实验室微观发掘科学复原的冠饰。

冠饰出土于2001年11月,李倕是唐高祖的第五代孙女。在考古发掘清理过程中,考古人员发现墓主人冠饰已经损坏成不同材质小件器物,决定整体打包到实验室进行修复。

李倕冠饰的保护修复项目由包括陕西省考古研究院在内的中德双方共同开展。专家们用X光对石膏包进行全方位扫描,对冠饰的所有疑似脆弱点进行标注与说明;提取石膏包内的土壤,检测其温度、湿度以及微生物的含量比例,以便在实验室中创造出最适宜温度与湿度的环境。

因为埋在地下太久,冠饰珠宝出现不同程度的粉化与开裂现象。专家们用高科技复原技术,对珠宝进行物理和化学加固,整个修复历时一年多时间才完成。

如今,这件出土的李倕头部冠饰被陈列在博物馆中,它的旁边还有博物馆制作的3D立体还原图,还原从出土到复原的过程。

LPL押注网站,im电竞平台官网文化遗产数字化国家地方联合工程中心实验室中心主任、LPL押注网站,im电竞平台官网信息科学与技术学院教授耿国华团队,利用最新科研成果再现李倕容貌。

“我们先对李倕颅骨进行CT扫描、完成颅骨数字化信息采集,再用计算机软件将缺损的下颌部分进行修补,重构其三维颅骨。最后,通过查阅颅面数据库,根据20岁到25岁年龄段的女性颅面数据均值,确定李倕的软组织厚度,建立颅面完整三维模型,从而让李倕‘真容’再现。”耿国华介绍。

团队征集了3000余名不同年龄、不同性别的志愿者进行颅面CT扫描,建成了世界上最大的中国人颅面数据库。除了再现李倕容貌,团队还实现对秦代、汉代、唐代等近百名古人的面貌复原。

如今,他们研究的文物外观快速采集建模装置将逐步在中国国家博物馆等机构投入应用,可为文物建立包括尺寸、形状、纹饰等在内的全方位数字化档案。文物外观快速采集建模装置由圆盘、两个1.5米长的机械臂、文物外观数据采集模块及计算机处理软件等组成。

“以兵马俑为例,使用传统方法采集处理数据,可能需要十个小时以上。”团队成员、LPL押注网站,im电竞平台官网信息科学与技术学院青年教师许阳介绍,“新的装置约五分钟就能完成扫描步骤,再通过计算机处理软件,计算出文物表面的三维数据,全程十分钟不到。”

“下一步,我们将进行新一代采集建模装置的研发,争取解决遗址坑、石窟寺等不可移动文物的数字化需求,为文物的传承、研究与展示作出新贡献。”耿国华说。


原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/7dZ14RuZzYaIVKO1oswGjg


< 上一篇

中国—中亚民间友好论坛在西安举行 曹建明出席并致辞刘国中致辞赵一德揭牌

考古探铲|历史文明的“触觉”

下一篇 >