用遙感復(fù)原長城，用DNA技術(shù)讓古人“說話”，考古學(xué)家這樣玩高科技

出品：科普中國

作者：陳典（中國科學(xué)院大學(xué)）

監(jiān)制：中國科普博覽

在歷史的迷霧中，考古學(xué)如一束探照燈，微微光亮輝映出古老遺跡和神秘文明的依稀輪廓。曾經(jīng)的考古學(xué)之路如同一片荒野，探索者們依靠著鐵鍬和筆記本，在古代遺址上不斷揮灑汗水，一點一滴地發(fā)掘著過去的蛛絲馬跡。

一把鐵鏟、一把刷子、一部顯微鏡……

考古挖掘中的工具（圖片來源：Veer圖庫）

如今，科技的迅猛發(fā)展為考古學(xué)插上了騰飛的“翅膀”。科技考古就像一個巨大的工具箱，裝滿了各種前沿技術(shù)——計算機(jī)的模擬重建、生物學(xué)的基因解析、物理學(xué)的光譜檢測、化學(xué)的物質(zhì)分析、地學(xué)的地層研究……這些神奇技藝，宛如可以穿梭時空的魔法，讓我們得以感受古代的脈搏，深入了解先人的生存百態(tài)。

遙感考古：從高空俯瞰古跡的“上帝視角”

中國廣袤的土地孕育了漫長的歷史文化，大量文物古跡遍布各地。從大型古代聚落到古城、皇陵、長城、絲綢之路等，這些珍貴遺址構(gòu)成了我們豐富多彩的歷史文化，同時承載著人類歷史的記憶。然而，隨著時間的流逝和環(huán)境的變遷，這些遺跡的面貌日漸模糊。

這時，遙感考古登上了舞臺。

遙感考古，簡而言之，就是利用電磁波等傳感器，對地表和地下遺跡進(jìn)行遙距觀察與探測的手段。這項技術(shù)讓我們仿佛擁有了“上帝視角”，捕捉到的不僅是美麗的景色，更有隱藏于地表之下的寶藏。

良渚古城遺址鳥瞰圖（圖片來源：國家文物局官網(wǎng)）

通過分析衛(wèi)星圖像或無人機(jī)拍攝的照片，結(jié)合地表現(xiàn)狀和光譜成像等數(shù)據(jù)，我們可以確定遺址的位置、分布、大小、形狀，甚至是周圍環(huán)境的特征。此外，遙感技術(shù)還可以追蹤地表上的變化，幫助我們了解古代遺址的保護(hù)狀況，制定更好的保護(hù)措施。

絲綢之路瓜州-沙洲段遙感解譯圖（圖片來源：中國科學(xué)院）

當(dāng)然，地表的自然因素，如植被、地形等，都可能干擾遙感圖像的解析，增加了挑戰(zhàn)性。因此，常常需要將遙感技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合，以確保發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確性和完整性。

舉例而言，長城這一古老而雄偉的建筑，雖然遭受著時間的侵蝕和人為破壞，但借助于遙感技術(shù)，我們有機(jī)會發(fā)現(xiàn)它隱藏在沙漠和山脈之間的遺存，俯瞰其延伸的路徑和脈絡(luò)，從而更好地保護(hù)和理解這段古老的歷史。

借助遙感技術(shù)“復(fù)原”新疆古代長城（圖片來源：中國科學(xué)院）

不論是綿延近2000公里的京杭大運(yùn)河，還是沉睡在地下的良渚、陶寺、二里頭等都邑性遺址，亦或是湮沒在昔日絲路之路的古國，都逐漸被遙感考古直觀形象地重新呈現(xiàn)在我們面前。

年代測定：破譯時間的密碼

想象一下，你是一名考古學(xué)家，正在一片古老的遺址前思考著遺物背后的故事。這里埋藏著古代人類的足跡，但你卻面臨著一個難題：這些遺物究竟是哪個時期的呢？

在過去，考古學(xué)家們通過相似性來推測遺物的年代。就像拼圖一樣，你會比較不同地方出土的器物，尋找相似之處，然后根據(jù)這些相似性來判斷它們是否是同時代的。但是，這種方法有時候會讓人陷入困惑。有些器物雖然相似，卻可能來自不同的年代，讓你的研究充滿了猜測和不確定性。

隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代考古學(xué)測年技術(shù)為我們打開了一扇通往過去的窗戶。放射性同位素測年是其中一項重要技術(shù)，其中最為耳熟能詳?shù)木褪?strong>碳14測年。

碳14測年主要是根據(jù)碳元素衰變周期，測量物質(zhì)中碳的衰變程度來估計衰變的時間。如果對于碳原子測量得越精準(zhǔn)，判斷的時間也就越精確。這項技術(shù)適用于近幾萬年以內(nèi)的年代測定，為研究舊石器時代、新石器時代等提供了有力的工具。

碳14測年常用樣品（圖片來源：中國社會科學(xué)院考古研究所）

另外，樹木年輪定年法也是考古研究中測定年代的重要技術(shù)。其原理非常簡明，通過研究特定氣候區(qū)域的樹木年輪進(jìn)行分析和研究，建立長序系列樹木年輪的年表，就可以對這個地區(qū)考古遺址中出土的同類樹種的木質(zhì)遺物進(jìn)行精確的定年。

此外，熱釋光測年、古地磁斷代等方法也為考古學(xué)家提供了多樣化的測年手段。例如，熱釋光測年適用于礦物顆粒在長時間光照下累積的情況，可以用來測定沉積物年代；古地磁斷代通過對土壤礦物質(zhì)的化石磁性進(jìn)行研究從而測定土壤礦物質(zhì)年齡。

光釋光測年法采樣（圖片來源：中國社會科學(xué)院考古研究所）

憑借測年數(shù)據(jù)，我們能夠揭示出文物、遺址的真實年齡，還能為不同文化、事件之間的時間聯(lián)系畫上清晰的線條。甚至，我們還能將不同地點的遺物根據(jù)年代序列連接起來，為古代的文化交流與變遷描繪更加豐富的細(xì)節(jié)。

古DNA研究：聽，遺骨會“說話”

我們是誰，我們從哪里來？人們曾經(jīng)用神話故事來解釋自己的來歷。隨著現(xiàn)代DNA技術(shù)的迅猛發(fā)展，科學(xué)家們找到了一條嶄新的探索之路，用以解開人類起源的謎團(tuán)。

科學(xué)家從古代遺骨中提取出DNA，就像是喚醒了古人的基因，讓他們重新活過來。通過比對現(xiàn)代人和古人的基因信息，我們可以一點點地還原古人的家族關(guān)系。我們可以知道古人之間是不是有親緣關(guān)系，他們是否屬于同一個家族，甚至可以追溯到古代人類的遷徙歷程。

古DNA實驗流程（圖片來源：中國科學(xué)院）

舉例來說，當(dāng)科學(xué)家們研究尼安德特人的古DNA時，他們意外地發(fā)現(xiàn)，尼安德特人與現(xiàn)代人類竟然分享了一些相同的基因片段。這些共同的基因可能曾經(jīng)在寒冷的環(huán)境中幫助人類適應(yīng)。

更令人驚奇的是，通過對非洲人群的古DNA進(jìn)行深入分析，科學(xué)家還成功確認(rèn)了一個古老的傳說：現(xiàn)代人類的起源地是非洲。

古DNA還可以揭示語言的演化和分化。當(dāng)不同群體分離后，他們的語言也逐漸發(fā)生了變化，分化成了不同的方言和語言。

通過分析古代人類的基因組，科學(xué)家們可以追蹤這些語言變化的歷史。例如，一項研究發(fā)現(xiàn)，歐洲不同地區(qū)的古代人類基因組變化與語言家族的分布有著緊密的關(guān)聯(lián)，這為我們揭示了古代人類語言演化的軌跡。

中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所與合作團(tuán)隊進(jìn)行考古發(fā)掘，古DNA研究揭示5100年來青藏高原人群的演化歷史。（圖片來源：中國科學(xué)院）

然而，古DNA研究也不是沒有挑戰(zhàn)的。古代遺骨中的DNA通常都已經(jīng)受到了時間的侵蝕，可能被分解得很少。科學(xué)家需要在極為微小的DNA片段中尋找線索，這難度就像海底撈針一樣。他們需要運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)，耐心地重建古人的基因序列，才能還原古人的故事。

殘留物分析：從細(xì)枝末節(jié)處展開古文明畫卷

在古人的各種生產(chǎn)活動中，他們常常會在不經(jīng)意間留下一些微小而支離破碎的痕跡。過去的考古學(xué)研究往往未能深入挖掘這些細(xì)節(jié)。

先民在加工和利用生物資源的過程中，殘留至今的有機(jī)物質(zhì)統(tǒng)稱為有機(jī)殘留物。

有機(jī)殘留物可分為兩種：一種是可以用肉眼看到的，如液體、炭化物等；另一種是**微小得無法直接觀察到的微量殘留物，包括陶片上吸附的脂類、酒石酸、樹脂酸，甚至植物微體化石如植硅體和淀粉粒。

雖然可見殘留物在考古發(fā)掘中較為罕見，但微量殘留物則廣泛存在于古代的石器、陶器和青銅器上，成為有機(jī)殘留物分析的主要研究對象。

垣曲北白鵝墓地出土的微型銅盒和銅盒內(nèi)的殘留物

（圖片來源：山西省考古研究院）

科學(xué)家通過有機(jī)殘留物的分析，可以窺探古代人們的飲食習(xí)慣、食物加工技術(shù)等。例如，從古代陶片中提取的食物殘渣可以揭示古人的飲食結(jié)構(gòu)和偏好，甚至推測古代的食譜。

不僅如此，動植物遺骸和遺物中的有機(jī)殘留物也為研究農(nóng)業(yè)的起源與傳播提供了重要線索。通過分析農(nóng)作物的遺傳信息和有機(jī)物質(zhì)，可以揭示農(nóng)業(yè)的起源地、擴(kuò)散路徑以及農(nóng)業(yè)技術(shù)的演變過程。

同時，有機(jī)殘留物分析也有助于研究古代手工業(yè)的發(fā)展。從古代器物中提取的有機(jī)分子可以揭示古代紡織、醫(yī)藥、化妝品等產(chǎn)業(yè)的興衰。通過分析遺址中的有機(jī)殘留物，我們可以了解古人如何從自然界中提取原料，如何將它們加工成各種用途的產(chǎn)品，進(jìn)而揭示古代手工業(yè)的技術(shù)水平。

研究人員現(xiàn)場取樣并開展科技分析工作（圖片來源：澎湃新聞）

結(jié)語

正如“科技考古”這個名字所示，科技已經(jīng)成為考古研究的必備手段，讓我們能夠揭開過去的面紗，觸摸古人的蹤跡。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有理由相信，未來的科技考古將會帶給我們更多的驚喜和發(fā)現(xiàn)。

無論是復(fù)原恢弘的遺跡，還是探尋微小的遺物，每一次科技考古都是在解開歷史謎團(tuán)的道路上邁出的堅實一步。考古正是在科技的引領(lǐng)下，架起了一座承載歷史記憶的橋梁，讓我們更深入地了解人類的過去，也為未來的研究提供了無限可能。