揭開水底城的面紗

王瑞良

水下考古是考古學(xué)的一個(gè)重要分支，涉及海洋學(xué)、水聲學(xué)和機(jī)器人等諸多學(xué)科，是一個(gè)正在探索的充滿高新科技的領(lǐng)域。

撫仙湖位于云南省澄江、江川、華寧三縣間，距昆明市60千米，面積212平方千米，最深處155米，是我國僅次于長(zhǎng)白山天池的第二深水湖，屬于斷陷型湖盆地之一。民間流傳說，這里有一座“水下古城”，但史料中沒有找到有關(guān)的文字記載。

在一次動(dòng)用了多種科技手段的水下考古行動(dòng)中，傳說得到了確認(rèn)：撫仙湖水下存在著一個(gè)距今大約1 750年（即我國東漢時(shí)期）的古代城市或大型村落遺跡。可能是地震造成的地質(zhì)滑坡，使撫仙湖水位升高，將其淹沒了；或者是地震造成地殼陷落，使其沉入水中。在這里，深潛作業(yè)、水下觀測(cè)和資料傳輸，靠的是水下機(jī)器人；建筑方位和水深的測(cè)定，依靠聲吶設(shè)備；而水下建筑的構(gòu)成年代判定，主要依據(jù)的是對(duì)建筑物里的填充物——螺殼的放射測(cè)定。

搜索的“眼睛”

擔(dān)綱這次水下考古活動(dòng)主角的，是中科院沈陽自動(dòng)化研究所研制的兩套機(jī)器人設(shè)備：一套是“金魚”系列輕小型水下機(jī)器人；另一套是“CR-02”6 000米自治水下機(jī)器人。之所以出動(dòng)水下機(jī)器人，是因?yàn)槭孪纫烟矫鳎沤ㄖz跡位于水下70米左右，而潛水員的一般潛水深度在60米。

“金魚”系列機(jī)器人形體小巧，能在水下環(huán)境或狹小的空間做前進(jìn)、后退、平移、垂直下潛和水平轉(zhuǎn)彎等高難動(dòng)作，工作人員只需在陸上操縱即可。由于采用了先進(jìn)的CCD水下攝像機(jī)和合理光譜的照明燈，在水下100米深處仍能得到清晰的圖像，且圖像上疊加有文字說明的參數(shù)，如年、月、日、時(shí)間、深度和方位角等，看起來非常直觀。但是它沒有機(jī)械手，也不具備探測(cè)功能，只能起到觀察作用，故需另一種機(jī)器人與之配合，協(xié)同作戰(zhàn)。

“CR-02”6 000米自治水下機(jī)器人的外形酷似魚雷。它能緊貼湖底運(yùn)作，全面負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離考察撫仙湖附近水域的地形地貌。它與“金魚”一大一小，一遠(yuǎn)一近，相輔相承，出色地完成了任務(wù)。

用聲吶探測(cè)水深和方位

對(duì)目標(biāo)的探測(cè)，在陸上可以依靠雷達(dá)，它利用電磁波遇到物體會(huì)反射回來的“回聲定位”原理，可以探測(cè)遠(yuǎn)處的物體。但是電磁波在水中跟空氣中大不一樣，它的能量很快會(huì)被水吸收，而無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播。于是，研究人員把目光轉(zhuǎn)向聲學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)水對(duì)聲波的吸收很小，聲波在水中可以傳得很遠(yuǎn)。這樣，聲吶很快便成為水中探測(cè)目標(biāo)、傳遞信息的重要工具。所以，聲吶又稱“聲波雷達(dá)”。

按照工作方式的不同，聲吶可分為主動(dòng)聲吶和被動(dòng)聲納兩類。前者本身能發(fā)射聲波，當(dāng)聲波遇到物體便反射回來，再經(jīng)過聲電轉(zhuǎn)換和放大處理，最后顯示在熒光屏上。根據(jù)聲波發(fā)射的方向、往返的時(shí)間就可以計(jì)算出被測(cè)物體的方位和距離。被動(dòng)聲吶本身不能發(fā)射聲波，只能接收別的物體在水中發(fā)出的聲波。這次考古采用的是主動(dòng)聲吶。聲吶技術(shù)除可用于水下考古外，更多的還是應(yīng)用在軍事、通訊、勘探和漁業(yè)等領(lǐng)域。

靠放射性測(cè)定確定建筑物年代

經(jīng)放射性碳元素測(cè)定，撫仙湖水下古建筑的年代，最晚距今1 750年（±100年），屬我國東漢時(shí)期。這個(gè)數(shù)據(jù)是怎樣測(cè)定的呢？要了解其中的奧秘，還得從物理學(xué)中的熱釋光現(xiàn)象說起。

熱釋光現(xiàn)象早在1663年時(shí)就被發(fā)現(xiàn)。那年冬天，英國的一位貴族圍爐取暖，把戴有鉆石戒指的手伸近爐火。他突然發(fā)現(xiàn)，原先是微黃色的鉆石，竟?jié)u漸變成美麗的藍(lán)色。他感到十分愕然，以為這是一枚“魔戒”。直到300多年后，人們才揭開“魔戒”之謎：原來，鉆石受熱變色，是固體物質(zhì)的一種物理發(fā)光現(xiàn)象，科學(xué)上稱為熱釋光。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，陶瓷、鉆石、貝殼之類，一般都含有微量天然放射性元素鈾、釷和鉀40，它們都能產(chǎn)生α、β和γ射線。其中所含的石英、長(zhǎng)石晶體等受到射線的輻射時(shí)，某些電子就會(huì)發(fā)生躍遷，最后掉進(jìn)那些由不完整晶格所造成的“陷阱”中去。“陷阱”越深，電子在里面居留的時(shí)間就越長(zhǎng)，有時(shí)可達(dá)百萬年以上。其后，當(dāng)陶瓷、鉆石、貝殼等再受熱時(shí)，“陷阱”內(nèi)的電子獲得足夠的能量，就會(huì)從“陷阱”中逃逸出來，遇上一些特殊的雜原子與其復(fù)合，就會(huì)釋放出能量（光子），從而形成熱釋光。只需測(cè)定這種熱釋光的大小，就能推算出它積累了多少歲月，也就知道它存在了多少年。

撫仙湖水下考古工作者們，正是依據(jù)對(duì)水下建筑里的填充物——螺殼的放射性測(cè)定，才大致弄清了這座水下古建筑的構(gòu)成年代。