科學(xué)家在新疆探測地下遺跡 “復(fù)原”消失的古長城

如今的新疆，曾經(jīng)的長城遺址因?yàn)轱L(fēng)沙水流侵蝕，在地表上幾乎看不到蹤影。而在1000多年前，新疆還有呈點(diǎn)狀、片狀分布的長城，它們保護(hù)著邊疆的安定和商路的暢通。

不久前，中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所（簡稱中科院遙感地球所）科研人員利用現(xiàn)代遙感技術(shù)，分析了長城在該地區(qū)的分布情況，并“復(fù)原”出新疆古代長城的樣貌。

怎么用

利用電磁波觀測人類活動留下的植被、地貌等信息

遙感考古，簡單地說就是利用電磁波等傳感器對地表及地下遺跡進(jìn)行遠(yuǎn)距離觀察、探測的手段。航空航天的發(fā)展，尤其是遙感衛(wèi)星分辨率的提高，讓遙感考古有了更高精度、更高效的平臺和載體。

遙感技術(shù)如何用于考古？中科院遙感地球所研究員聶躍平介紹，地面不同植被、土壤、地貌特征等與遺址產(chǎn)生的電磁波波譜特征不同，這些差異通過肉眼看不出來，但在航天飛機(jī)、衛(wèi)星、無人機(jī)等遙感平臺上，觀測設(shè)備可以獲取它們的電磁波數(shù)據(jù)。這些信息經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理，就能了解觀測地的植被、土壤、地形等狀況，進(jìn)而提取考古目標(biāo)信息。

以本次新疆古長城考古為例，文物專家表示，新疆的長城遺跡多修筑于漢代、唐代和清代。“與內(nèi)地長城不同，新疆古長城沒有連續(xù)的墻體和高大的城墻，而是在交通要道、關(guān)隘、河流沿岸等處，修建烽燧、戍堡等。”聶躍平說。受千余年的風(fēng)沙侵蝕、人類活動的影響，古長城所在地已經(jīng)和周邊的沙漠、戈壁混成片，人眼很難看出遺址的存在。但古長城所在區(qū)域的土壤、微地貌、植被狀況與周邊環(huán)境會有細(xì)微的差異，產(chǎn)生的電磁波波譜也就不同。這些信息都逃不過遙感的“眼睛”。

目前新疆已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了600多處古長城遺址，而這只是其中的一部分。中科院遙感地球所副研究員于麗君介紹，我們根據(jù)這些遺址已初步勾勒出一條長城資源分布線，并正通過遙感和三維技術(shù)“復(fù)原”新疆古長城遺跡的樣貌。屆時，人們不僅能通過科學(xué)家制作的影像，看到每座長城遺跡的模樣及其周圍地勢環(huán)境，還能看到部分長城在新疆境內(nèi)的走向。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，未來人們還能在網(wǎng)上身臨其境“游覽”新疆古長城。

根據(jù)遙感考古對古長城的觀察和研究，還可以推測出它們曾發(fā)揮著保護(hù)邊疆安定和絲綢之路暢通的作用。此前，絲綢之路只在古書上記載，人們對其位置、外觀并不了解。如今絲綢之路的路線清晰重現(xiàn)，為古絲綢之路及其分支的具體走向研究提供了重要資料。

啥優(yōu)勢

覆蓋范圍廣、效率高、成本低、對遺址破壞小

中科院遙感地球所研究員王心源說，遙感考古就像破案，先發(fā)現(xiàn)疑似地點(diǎn)的線索，田野考古再跟進(jìn)發(fā)掘，所以前期案頭工作非常關(guān)鍵。他表示在遙感考古過程中，需要使用“組合拳”。比如，在發(fā)現(xiàn)米蘭古屯田灌溉系統(tǒng)過程中，王心源團(tuán)隊(duì)不僅采集、處理了遙感影像，分析了植被指數(shù)，還與《史記》《漢書》等歷史文獻(xiàn)比對，確認(rèn)疑似區(qū)域，并在遙感影像的精準(zhǔn)導(dǎo)航下，對疑似遺址點(diǎn)實(shí)地勘探驗(yàn)證。

相比傳統(tǒng)考古手段，遙感考古擁有很大的優(yōu)勢。首先，遙感考古覆蓋范圍廣、效率高。近年來，隨著衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用和普及，可以全天候獲得遺址的遙感數(shù)據(jù)。通過衛(wèi)星對地面的俯視，從而對一個地區(qū)的地貌進(jìn)行全方位觀察，不會受到地理環(huán)境的限制。同時，遙感圖像成像尺度變化范圍大，既可縱覽全貌，又能細(xì)看局部，有利于人們對所得圖片進(jìn)行研究。曾有人統(tǒng)計(jì)，在相同范圍內(nèi)，用遙感技術(shù)是傳統(tǒng)的踏查方法效率的幾十倍甚至上百倍。

其次，遙感考古的成本也相對較低。“過去的田野調(diào)查主要依靠人力，工作量巨大。但人的精力和目力十分有限，如果是大范圍普查，就很難看清楚區(qū)域的全貌。尤其是遇到沙漠、草原等特殊環(huán)境，實(shí)地調(diào)查已經(jīng)非常困難，想得到準(zhǔn)確調(diào)查結(jié)果更是難上加難。”王心源說。

此外，遙感考古對遺跡破壞小。“考古發(fā)掘本身就是對文物的一種破壞，但是許多搶救性發(fā)掘又勢在必行。遙感考古利用遙感圖像，可以在盡可能減小文物破壞的前提下，了解遺址和墓葬的構(gòu)造。”王心源說。

在聶躍平看來，目前我國還有大量有待探明的遺址，遙感考古不僅可以高效地探明各種大型古代聚落、古城，而且可以盡可能地對其進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控。但他同時認(rèn)為，遙感考古不會代替田野考古，因?yàn)樗鉀Q不了遺址的年代、出土器物的研究等問題，兩者相互補(bǔ)充，才能事半功倍。

除了觀察地面遺址，探地雷達(dá)等技術(shù)將遙感探測的觸角延伸到地下。比如水下遺址探測，聶躍平介紹，遙感手段能測量水下地形，反演歷史條件下的水下地形信息，確定遺址的位置和范圍，進(jìn)而推測古地理、古氣候和古代社會的發(fā)展情況。

看未來

將更多地應(yīng)用在遺址探明、保護(hù)和遺址環(huán)境變化的動態(tài)監(jiān)控

遙感考古因?yàn)樵谶z址探測上的優(yōu)勢，應(yīng)用將越來越廣泛。

據(jù)聶躍平介紹，面對古人給我們留下的眾多遺址，如果僅僅依靠歷史記錄或偶然發(fā)現(xiàn)來尋找是不夠的。此外，即使發(fā)現(xiàn)了一些遺址，也大多七零八落，難以從整體上和空間上了解古人的社會生活。正因?yàn)槿绱?，過去數(shù)十年中，國內(nèi)外科學(xué)家紛紛應(yīng)用遙感技術(shù)開展考古工作。

1906年，英國人在熱氣球上拍攝公元3000年前的“巨石陣”，被認(rèn)為是應(yīng)用遙感原理進(jìn)行考古的首次嘗試。之后，遙感技術(shù)應(yīng)用在城市古建筑及其遺跡拍攝和探測中。從上世紀(jì)50年代開始，航空航天的發(fā)展則為空間遙感提供了基礎(chǔ)。隨著數(shù)據(jù)獲取越來越便捷，多源影像被綜合應(yīng)用于考古研究；地球物理勘探技術(shù)與遙感的結(jié)合，使得探測和研究目標(biāo)不僅僅局限于地面上的物體，還能穿透至地下進(jìn)行深層次的探測。

我國遙感考古技術(shù)應(yīng)用較晚，開始主要服務(wù)于重大工程建設(shè)。比如，上世紀(jì)60年代修建三門峽水庫時，我國考古工作人員利用航空照片對庫區(qū)古代遺址、墓葬的分布進(jìn)行分析。2006年，我國啟動京杭大運(yùn)河申請世界遺產(chǎn)名錄工作，但這項(xiàng)工作并非易事。困難之一是目前運(yùn)河的不少蹤跡已經(jīng)從地面上消失了，留下的是保存在地下的遺址。在這種情況下如何證明大運(yùn)河的存在、走向等信息？聶躍平團(tuán)隊(duì)根據(jù)遙感數(shù)據(jù)有針對性地制定了大運(yùn)河遺址的生態(tài)保護(hù)措施。今年4月，王心源團(tuán)隊(duì)還將前往突尼斯，帶領(lǐng)一支國際團(tuán)隊(duì)對古羅馬帝國路網(wǎng)系統(tǒng)和驛站的遙感考古進(jìn)行考察研究。

目前，遙感技術(shù)在“一帶一路”考古中發(fā)揮著重要作用。聶躍平說，科研人員已經(jīng)把解譯過的區(qū)域資料保留下來，用于進(jìn)一步研究。未來他希望建立一個全國的遙感考古信息庫，從而讓遙感考古技術(shù)更好地應(yīng)用在未來遺址保護(hù)規(guī)劃、遺址環(huán)境變化的動態(tài)監(jiān)控等工作中。