用遙感復原長城，用DNA技術讓古人“說話”，考古學家這樣玩高科技

出品：科普中國

作者：陳典（中國科學院大學）

監(jiān)制：中國科普博覽

在歷史的迷霧中，考古學如一束探照燈，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)展為考古學插上了騰飛的“翅膀”?？萍伎脊啪拖褚粋€巨大的工具箱，裝滿了各種前沿技術——計算機的模擬重建、生物學的基因解析、物理學的光譜檢測、化學的物質分析、地學的地層研究……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行遙距觀察與探測的手段。這項技術讓我們仿佛擁有了“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)星圖像或無人機拍攝的照片，結合地表現(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，遙感技術還可以追蹤地表上的變化，幫助我們了解古代遺址的保護狀況，制定更好的保護措施。

絲綢之路瓜州-沙洲段遙感解譯圖（圖片來源：中國科學院）

當然，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與其他技術結合，以確保發(fā)現(xiàn)的準確性和完整性。

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，我們有機會發(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，從而更好地保護和理解這段古老的歷史。

借助遙感技術“復原”新疆古代長城（圖片來源：中國科學院）

不論是綿延近2000公里的京杭大運河，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。

隨著科技的進步，現(xiàn)代考古學測年技術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，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，判斷的時間也就越精確。這項技術適用于近幾萬年以內的年代測定，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。其原理非常簡明，通過研究特定氣候區(qū)域的樹木年輪進行分析和研究，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遺物進行精確的定年。

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的化石磁性進行研究從而測定土壤礦物質年齡。

光釋光測年法采樣（圖片來源：中國社會科學院考古研究所）

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技術的迅猛發(fā)展，科學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。

科學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系。我們可以知道古人之間是不是有親緣關系，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：中國科學院）

舉例來說，當科學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。

更令人驚奇的是，通過對非洲人群的古DNA進行深入分析，科學家還成功確認了一個古老的傳說：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聯(lián)，這為我們揭示了古代人類語言演化的軌跡。

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所與合作團隊進行考古發(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?？茖W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。他們需要運用先進的技術，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：從細枝末節(jié)處展開古文明畫卷

在古人的各種生產活動中，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。過去的考古學研究往往未能深入挖掘這些細節(jié)。

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

有機殘留物可分為兩種：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的殘留物

（圖片來源：山西省考古研究院）

科學家通過有機殘留物的分析，可以窺探古代人們的飲食習慣、食物加工技術等。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構和偏好，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殘留物也為研究農業(yè)的起源與傳播提供了重要線索。通過分析農作物的遺傳信息和有機物質，可以揭示農業(yè)的起源地、擴散路徑以及農業(yè)技術的演變過程。

同時，有機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分子可以揭示古代紡織、醫(yī)藥、化妝品等產業(yè)的興衰。通過分析遺址中的有機殘留物，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品，進而揭示古代手工業(yè)的技術水平。

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。

隨著技術的不斷進步，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的道路上邁出的堅實一步?？脊耪窃诳萍嫉囊I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。