科學家在新疆探測地下遺跡 “復原”消失的古長城

如今的新疆，曾經的長城遺址因為風沙水流侵蝕，在地表上幾乎看不到蹤影。而在1000多年前，新疆還有呈點狀、片狀分布的長城，它們保護著邊疆的安定和商路的暢通。

不久前，中國科學院遙感與數字地球研究所（簡稱中科院遙感地球所）科研人員利用現代遙感技術，分析了長城在該地區(qū)的分布情況，并“復原”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行遠距離觀察、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、衛(wèi)星、無人機等遙感平臺上，觀測設備可以獲取它們的電磁波數據。這些信息經過計算機處理，就能了解觀測地的植被、土壤、地形等狀況，進而提取考古目標信息。

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、關隘、河流沿岸等處，修建烽燧、戍堡等。”聶躍平說。受千余年的風沙侵蝕、人類活動的影響，古長城所在地已經和周邊的沙漠、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)境會有細微的差異，產生的電磁波波譜也就不同。這些信息都逃不過遙感的“眼睛”。

目前新疆已經發(fā)現了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“復原”新疆古長城遺跡的樣貌。屆時，人們不僅能通過科學家制作的影像，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的走向。借助虛擬現實技術，未來人們還能在網上身臨其境“游覽”新疆古長城。

根據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，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)現疑似地點的線索，田野考古再跟進發(fā)掘，所以前期案頭工作非常關鍵。他表示在遙感考古過程中，需要使用“組合拳”。比如，在發(fā)現米蘭古屯田灌溉系統(tǒng)過程中，王心源團隊不僅采集、處理了遙感影像，分析了植被指數，還與《史記》《漢書》等歷史文獻比對，確認疑似區(qū)域，并在遙感影像的精準導航下，對疑似遺址點實地勘探驗證。

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)星技術的應用和普及，可以全天候獲得遺址的遙感數據。通過衛(wèi)星對地面的俯視，從而對一個地區(qū)的地貌進行全方位觀察，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，又能細看局部，有利于人們對所得圖片進行研究。曾有人統(tǒng)計，在相同范圍內，用遙感技術是傳統(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，實地調查已經非常困難，想得到準確調查結果更是難上加難。”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行保護和監(jiān)控。但他同時認為，遙感考古不會代替田野考古，因為它解決不了遺址的年代、出土器物的研究等問題，兩者相互補充，才能事半功倍。

除了觀察地面遺址，探地雷達等技術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

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

遙感考古因為在遺址探測上的優(yōu)勢，應用將越來越廣泛。

據聶躍平介紹，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)現來尋找是不夠的。此外，即使發(fā)現了一些遺址，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。正因為如此，過去數十年中，國內外科學家紛紛應用遙感技術開展考古工作。

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

我國遙感考古技術應用較晚，開始主要服務于重大工程建設。比如，上世紀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、墓葬的分布進行分析。2006年，我國啟動京杭大運河申請世界遺產名錄工作，但這項工作并非易事。困難之一是目前運河的不少蹤跡已經從地面上消失了，留下的是保存在地下的遺址。在這種情況下如何證明大運河的存在、走向等信息？聶躍平團隊根據遙感數據有針對性地制定了大運河遺址的生態(tài)保護措施。今年4月，王心源團隊還將前往突尼斯，帶領一支國際團隊對古羅馬帝國路網系統(tǒng)和驛站的遙感考古進行考察研究。

目前，遙感技術在“一帶一路”考古中發(fā)揮著重要作用。聶躍平說，科研人員已經把解譯過的區(qū)域資料保留下來，用于進一步研究。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更好地應用在未來遺址保護規(guī)劃、遺址環(huán)境變化的動態(tài)監(jiān)控等工作中。