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埃及考古學(xué)中的 “科技范兒”

 大科技雜志社 2019-11-08

從開羅的吉薩金字塔群到盧克索的帝王谷法老墓群,從神奇的紙莎草紙到不朽的木乃伊,埃及眾多古代的遺跡中蘊(yùn)藏著大量的謎題,正等著考古學(xué)家來(lái)一一破解。

但俗話說(shuō),“工欲善其事,必先利其器”,如今的考古學(xué),早已不是鋤頭和鏟子的時(shí)代,而是打起了“科技牌”。CT成像、紅外影像、計(jì)算機(jī)圖像處理、DNA鑒定,甚至宇宙粒子探測(cè)技術(shù)都紛紛大顯身手,幫助考古學(xué)家還原古埃及那段神秘久遠(yuǎn)的歷史。

用宇宙粒子探測(cè)金字塔

埃及的金字塔由成千上萬(wàn)塊巨石堆砌而成,其宏偉的規(guī)模和整齊的外觀帶給世人強(qiáng)烈的震撼,以至于被稱頌為“世界奇跡”。然而,考古學(xué)家最關(guān)心的問(wèn)題是:金字塔的內(nèi)部有什么?

也許你會(huì)提議,把這些龐然大物拆開看看不就行了。這種粗暴毀壞遺址的方法當(dāng)然不可行,考古學(xué)家找到了一種更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)的探測(cè)金字塔結(jié)構(gòu)的方法——渺子(μ 粒子)探測(cè)技術(shù)。渺子是一種常見(jiàn)的宇宙粒子,它由宇宙射線與地球高層大氣中的原子撞擊時(shí)產(chǎn)生??茖W(xué)家做過(guò)統(tǒng)計(jì),每1分鐘,在1平方米地表可以接受到大約有1萬(wàn)個(gè)渺子。當(dāng)渺子到達(dá)地表,會(huì)穿透地表的物體,這時(shí)渺子與物體中的原子核發(fā)生碰撞散射,偏離原來(lái)的行進(jìn)軌跡,能量也會(huì)有所損失。所謂的渺子探測(cè)技術(shù),就是使用特殊的探測(cè)器捕捉渺子散射現(xiàn)象,然后通過(guò)分析計(jì)算,描繪出散射渺子的物體的內(nèi)部圖像。

所以,渺子探測(cè)很像X射線掃描,但它比后者有一些突出的優(yōu)勢(shì)。比如,渺子的質(zhì)量很大,約為電子的207倍,自身帶正電或者負(fù)電;運(yùn)動(dòng)速度也很快,接近光速。因此,渺子具有很高的能量和很強(qiáng)的穿透能力,它們可以輕松穿透1.3米厚的鉛板或15米厚的水層,自然也就可以穿透金字塔厚重的石墻。又比如,渺子線束是從天而降的清潔射線,不僅對(duì)環(huán)境和工作人員是無(wú)害的,還可以掃描尺寸非常大的研究對(duì)象。在日本,科學(xué)家就曾經(jīng)利用渺子探測(cè)器對(duì)鹿兒島縣的火山進(jìn)行過(guò)掃描,結(jié)果可以清楚看到火山內(nèi)部一些地方的巖漿對(duì)流情況以及直徑約100米的火山巖漿噴出通道。

2016年5月,考古學(xué)家首次將渺子探測(cè)技術(shù)用于金字塔研究,他們掃描了位于薩卡拉金字塔群的彎曲金字塔,并用計(jì)算機(jī)構(gòu)建了該金字塔內(nèi)部清晰的三維圖像。彎曲金字塔是埃及第四王朝法老圣法魯在位時(shí)期建造的,距今已有4600多年,它四邊彎折,造型獨(dú)特,是埃及最著名的金字塔之一。此前,考古學(xué)家一直猜測(cè),法老圣法魯安葬在彎曲金字塔內(nèi)部的秘密墓穴中,但三維圖像表明,彎曲金字塔內(nèi)部只有兩個(gè)小墓穴,一上一下,相距大約18米,每個(gè)墓穴都有獨(dú)立的墓道通向不同的出口,所以彎曲金字塔看上去并不像是尊貴法老的陵墓所在。10月,考古學(xué)家又掃描了位于吉薩金字塔群的胡夫金字塔。胡夫金字塔是埃及最大的金字塔,它由230萬(wàn)塊巨石堆砌而成,幾乎是一座實(shí)心的巨石。不過(guò),在胡夫金字塔的北側(cè)和東側(cè),渺子探測(cè)器仍然發(fā)現(xiàn)了兩處之前不為人知的密室,其中的一處還連接著一條通向金字塔內(nèi)部的走廊。目前,胡夫金字塔內(nèi)密室的用途和規(guī)模還需要進(jìn)一步研究,但這一新發(fā)現(xiàn)已經(jīng)足夠讓考古學(xué)家心潮澎湃。

給古代卷軸“拍片子”

關(guān)于埃及金字塔的建成方式,人們的猜測(cè)不勝枚舉??脊艑W(xué)家或許可以根據(jù)金字塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)去修正各種猜測(cè),但古代埃及人自己的說(shuō)法才是最權(quán)威的。這就需要考古學(xué)家去好好閱讀一下紙莎草紙——它是古代埃及人主要的書寫材料,也是人類所使用的最早的紙張。

2016年7月,埃及國(guó)家博物館就首次展出了4000多年前的第四王朝時(shí)期的紙莎草紙文獻(xiàn)。這批文獻(xiàn)共有六份,用清晰的埃及象形文字寫成。其中一些文件記錄了建筑工人的日常生活,指出這些建筑工人是從位于紅海西岸以及尼羅河?xùn)|岸的采石場(chǎng)生產(chǎn)石塊,并通過(guò)尼羅河等水道將石塊運(yùn)輸?shù)郊_;還有一些文件是官員的日記,以圖表的形式列出了古代埃及各個(gè)省份的收入情況、支付給金字塔建筑工人的工資以及補(bǔ)給食物所需的羊的數(shù)量。通過(guò)這批文獻(xiàn),考古學(xué)家能夠了解到數(shù)千年前古代埃及人建造金字塔的一些細(xì)節(jié)。

其實(shí),在埃及,出土的紙莎草紙文獻(xiàn)已有成千上萬(wàn),但像博物館展品那樣能夠直接閱讀的卻少之又少。原因在于,古代埃及人存放文件時(shí)很少會(huì)將紙張一頁(yè)頁(yè)鋪開,他們更喜歡將紙莎草紙卷成卷軸。經(jīng)過(guò)久遠(yuǎn)的年代,這些卷軸已經(jīng)變得太脆弱,碰一下就碎了,根本無(wú)法打開。為了閱讀這些彌足珍貴的歷史資料,考古學(xué)家只能去嘗試別的方法。在長(zhǎng)期摸索之后,他們從醫(yī)學(xué)影像學(xué)中得到了啟示,即,可以用CT成像來(lái)“打開”紙莎草紙卷軸。

我們知道,CT成像是醫(yī)學(xué)診斷中一種先進(jìn)的“拍片子”的方法,其原理和拍攝X光片相似。不同的是,拍攝X光片是用透視的原理,讓X射線透過(guò)人體照射在一張膠片上成像,這相當(dāng)于把人體“壓扁”到一張圖上。而CT成像是讓X射線從不同深淺的橫斷面穿過(guò)人體,然后利用計(jì)算機(jī)成像技術(shù)將這些橫斷面顯示出來(lái),這相當(dāng)于把人體“切成薄片”后分開貼到好幾張圖上。如果用計(jì)算機(jī)將不同層面的“薄片”拼接起來(lái)做“三維重構(gòu)”,那么醫(yī)生就可以得到人體內(nèi)部三維空間的信息。同樣,考古學(xué)家用類似的方法處理紙莎草紙卷軸,就可以重建卷軸內(nèi)部的三維圖像,然后用計(jì)算機(jī)模擬的方式將三維卷軸“展開”。

不過(guò),考古學(xué)家所用的CT成像比普通的醫(yī)學(xué)CT成像更加高級(jí)。后者的成像是基于人體對(duì)于X射線的吸收,這種成像僅對(duì)人體骨骼表現(xiàn)得比較清楚,而對(duì)人體軟組織則難以觀察,原因在于人體軟組織主要由輕元素組成,輕元素對(duì)于X射線的吸收是很少的。但是,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),輕元素能夠引起X射線相位發(fā)生明顯變化,如果記錄穿過(guò)人體的X射線相位的改變,以此來(lái)反映人體內(nèi)部物質(zhì)密度的分布,那么很多新的細(xì)節(jié)可以被分辨出來(lái)——這便是考古學(xué)家使用的“X射線相位襯度CT成像”。在意大利赫庫(kù)蘭尼姆古城,考古學(xué)家已經(jīng)用這種技術(shù)成功地讀出了3000年前紙莎草紙卷軸的內(nèi)容,而在紙莎草紙誕生地的埃及,考古學(xué)家只需一次次“依法炮制”就可以了。

紅外影像看到新密室

第十八王朝是古代埃及延續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、版圖最大、國(guó)力最盛的朝代,這個(gè)王朝的法老開創(chuàng)了在山谷中建造地下墓穴的傳統(tǒng)——帝王谷便由此而來(lái)。圖坦卡蒙是第十八王朝末期的法老,在位10年左右,死后也葬入帝王谷。

在埃及歷史中,圖坦卡蒙的功績(jī)并不顯赫,但有3件事使他變得非常有名。

首先,圖坦卡蒙的墓穴是帝王谷中規(guī)模最小但保存最為完好的一個(gè)。幾十個(gè)世紀(jì)以來(lái),考古學(xué)家在帝王谷所發(fā)現(xiàn)的法老墓穴,都是幾經(jīng)洗劫而殘缺不全的??墒潜4嫦聛?lái)的圖坦卡蒙墓穴富麗堂皇,窮奢極侈。其中的龕、箱、匣、柜和各種家具堆積如山,幾乎每件都有貼金、繪彩、鑲嵌寶石。一些前所未見(jiàn)的古代工藝品更是令人驚嘆,比如著名的黃金面具以及用隕石所做的匕首。自從1922年該墓穴被發(fā)現(xiàn)后,考古學(xué)家用了10 年的時(shí)間才清理完其中的物品,可見(jiàn)墓穴中珍寶的豐盛。不過(guò),考古學(xué)家認(rèn)為,圖坦卡蒙墓穴仍有隱藏的秘密等待發(fā)掘。

其次,圖坦卡蒙的繼母奈費(fèi)爾提蒂王后非常有名,她被認(rèn)為是埃及歷史上最美麗的女人,同時(shí)也是埃及首位擁有國(guó)家最高權(quán)力的女性政治家。奈費(fèi)爾提蒂的法老丈夫在世時(shí),夫妻雙方一直平起平坐,在丈夫死后,奈費(fèi)爾提蒂又接著統(tǒng)治了埃及數(shù)年。在奈費(fèi)爾提蒂當(dāng)政期間,她下令建立多條貿(mào)易線路,將海外的珍貴財(cái)寶運(yùn)往埃及,還提倡男女平等,可以說(shuō)對(duì)古代埃及政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、文化和宗教都產(chǎn)生過(guò)巨大的影響。但迄今為止,考古學(xué)家仍未找到奈費(fèi)爾提蒂的墓穴。

第三,圖坦卡蒙9歲君臨埃及,只活到19歲。為何養(yǎng)尊處優(yōu)的法老正值盛年就突然死去?這是考古學(xué)家很想解開的謎題。

長(zhǎng)期以來(lái),考古學(xué)家一直在圖坦卡蒙墓穴尋找上述3件事的有關(guān)線索,其中圖坦卡蒙墓穴中的一些細(xì)節(jié)引起了他們的注意。在墓穴的北墻和西墻上,似乎有兩扇門的輪廓,輪廓的尺寸與其他埃及法老的墓穴的大門一樣,而且,北墻原本是白色的,但后來(lái)它被刷成黃色,以配合其他三面墻的背景色。這表明,北墻的歷史或許可以追溯到圖坦卡蒙被埋葬之前??脊艑W(xué)家還發(fā)現(xiàn),圖坦卡蒙墓穴北墻上的壁畫所描繪的葬禮場(chǎng)景,其主角可能不是圖坦卡蒙,而是奈費(fèi)爾提蒂。因?yàn)樵谝郧暗难芯恐校脊艑W(xué)家知道了奈費(fèi)爾提蒂的嘴角邊有垂直的褶皺,有完美的拱形眉毛,北墻壁畫的人物就具有這些特殊的面部特征。所以,考古學(xué)家大膽推測(cè),古代埃及人修建圖坦卡蒙墓穴并不是為了圖坦卡蒙,而是為了比他早死了約10年的奈費(fèi)爾提蒂。但圖坦卡蒙很年輕就去世了,在這種意外情況下,圖坦卡蒙可能被迫與他的繼母合葬在一起,因?yàn)楣糯<叭诉€沒(méi)有給這位突然死去的年輕法老準(zhǔn)備好陵墓。

2015年,考古學(xué)家似乎證實(shí)了這個(gè)猜測(cè)。我們知道,自然界的物體如果溫度超過(guò)絕對(duì)零度就會(huì)輻射出電磁波,隨著溫度的變化,物體輻射出的電磁波的波長(zhǎng)也隨之改變。其中,波長(zhǎng)介于760納米到1毫米之間的電磁波稱為紅外線,人類看不到這個(gè)波段,但如果用光電探測(cè)器來(lái)接收紅外輻射,再進(jìn)行信息處理,將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度值以及可供人類視覺(jué)分辨的圖像,就可以用來(lái)探知人類視野之外物體——這就是紅外影像。

利用這種技術(shù),考古學(xué)家發(fā)現(xiàn),圖坦卡蒙墓穴的北墻與其他墻面有明顯的溫差,而出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能有多種:也許北墻與其他墻壁間存在空隙,阻止了不同墻壁之間的傳熱;也許北墻背面有空氣流動(dòng)來(lái)散熱,而其他墻壁背面仍是石頭;又或者北墻是用不同于其他墻壁的材料制作的,因熱容量的差異導(dǎo)致了溫度的不同。但不論何種原因,都預(yù)示著墻后有一個(gè)神秘的密室。但這個(gè)密室是不是奈費(fèi)爾提蒂的墓穴呢?我們只能耐心等待考古學(xué)家公布進(jìn)一步的研究結(jié)果了。

至于圖坦卡蒙的死因,人們眾說(shuō)紛紜,比較流行的說(shuō)法是圖坦卡蒙被人謀殺,后腦受到重?fù)舳?。但考古學(xué)家用科技手段駁斥了這種謠言,他們對(duì)圖坦卡蒙的木乃伊做了CT成像,結(jié)果顯示,圖坦卡蒙身形纖瘦,有輕微腭裂,但頭蓋骨完好無(wú)損。另外,圖坦卡蒙左大腿骨有一道骨折裂痕,顯示他死前可能嚴(yán)重弄傷大腿,雖然裂痕本身不會(huì)對(duì)生命構(gòu)成威脅,但卻可能因此受到細(xì)菌感染。在后來(lái)的DNA測(cè)試中,考古學(xué)家又在圖坦卡蒙的木乃伊內(nèi)發(fā)現(xiàn)了瘧原蟲的DNA。綜合所有檢測(cè),考古學(xué)家認(rèn)為,圖坦卡蒙的死因極有可能是瘧疾、腿部細(xì)菌感染以及隨之而來(lái)的身體虛弱,而非謀殺。

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