高科技“神器”助力考古

考古學對于過去人類社會的研究，主要透過重建與分析古代人們的物質文化與環境資料，如器物、建筑、生物遺留等。對古代遺存的信息提取，離不開以田野發掘、整理研究為主的傳統考古和以理化分析為主的科技考古。隨著科技的發展，自然科學領域的許多方法都逐漸被應用于考古學中。

廣域考古中的利器：遙感技術

相比地面的考古勘察，太空中的衛星和天空中的飛機提供了不一樣的視角，也提供了不可替代的信息。遙感考古多使用可見光、紅外光、合成孔徑雷達等成像方法，獲取大面積的影像資料。古代遺存的土壤、微地貌、植被狀況與周邊環境會有細微的差異，各自有著不同的電磁波特征，在照片上仔細研讀，就可能找到城址、河道和長城等大型遺存。

在地廣人稀、交通不便的區域，遙感考古是考古人的利器，極大地減少了考古調查成本。新疆歷史上曾經有許多長城，但受千余年的風化侵蝕和人類活動的影響，長城遺存已經和周邊的沙漠、戈壁等環境渾然一體，人眼很難看出長城的存在，而利用遙感手段可基本“復原”出新疆古代長城的樣貌。借助遙感考古，中國考古學家還在絲綢之路西端突尼斯發現10處古羅馬時期的考古遺存，揭示了古羅馬時期南線軍事防御系統的布局與農業灌溉系統的結構。

發掘出土的陶片

考古CT檢測儀

上海同步輻射光源顯微CT站用于考古研究

在人口稠密的地區，遙感考古可能避開人類活動的干擾。良渚文明是中國最早的文明之一，現在也是人口密集之地，人類活動對地貌影響很大。發現良渚古城附近的水利高壩系統后，考古學家利用20世紀60年代的美國衛星影像進一步開展篩查，進而發現了良渚古城附近的水利低壩。

發現古物的制造奧秘：同步輻射光源

工業革命以前，人類社會的演化以工具材質和工藝來劃分，如舊石器時代、新石器時代、青銅時代和鐵器時代等。根據加工工藝，人工制品可分為冷加工制品（如石器、玉器等）和熱加工制品（如陶瓷、玻璃、金屬等）。

人類制作工具的歷史就是材料利用史。早期人類對石頭進行冷加工，從粗糙的打制石片、手斧到精致的細石葉，石器的形態和工藝反映了人類從200多萬年到1萬多年前的遷徙和文化交流情況。

至少在1萬余年前，中國先民就掌握了旋轉鉆孔技術。鴕鳥蛋殼做的珠子是舊石器晚期先民常見的飾品，鴕鳥蛋殼珠比較脆弱，直接用光學顯微鏡或使用硅膠翻模再掃描電鏡觀察的傳統鉆孔工藝研究方法并不適用。科學家們利用上海同步輻射光源對水洞溝遺址12地點附近的鴕鳥蛋殼珠進行了無損的顯微CT（電子計算機斷層掃描）分析和三維建模，判斷蛋殼來自安氏鴕鳥。先民們從蛋殼內表面使用扭轉鉆孔方法定位，如使用燧石做的尖狀器，再使用旋轉鉆孔方法來深入鉆孔，最后使用圓柱形磨頭并配合旋轉方法將穿孔打磨成圓柱形。

中國是陶器的起源地區之一，碳14測年表明江西仙人洞出土陶器的年代可以早到距今約2萬年。盡管中國先民的陶瓷制作工藝一直很發達，但古代陶工并沒有故步自封。大約在3 000年前，中國陶瓷業首次受到外來技術的影響，新的陶瓷制品種類——釉砂開始出現并成為當時貴族階層的新寵。釉砂的引進，促進了中國古陶瓷呈色技術的發展。

盡管中國的青銅技術受外來技術影響很大，但是中國的冶金術應該是獨立發明的。利用同步輻射光源X射線（X射線是一種頻率極高、波長極短、能量很大的電磁波）熒光分析面掃描，對比分析模擬樣品和陜西姜寨遺址發掘的距今約6 000年的黃銅片，發現后者的制作工藝是固體還原，比西亞類似工藝的人工冶煉合金砷銅還略早一些。正是已有了冶金術和發達的陶瓷基礎，青銅技術一傳入中原就很快得到廣泛應用。

三星堆遺址考古取得重要收獲

識骨尋蹤：從形態學到DNA序列

骨頭（牙）包括人骨和獸骨，是考古遺址中出土較多的遺存之一。骨骼的形態分析、同位素、蛋白質和DNA分析可為人類演化、遷徙、動物飼養等提供豐富的信息。

依據人類的頭骨形狀，體質人類學家利用三維技術復原了北京老山漢墓主人的容貌。動物考古學家通過骨頭的形態學分析基本梳理了過去1萬年我國家養動物的利用過程。例如，通過齒列長度或齒列扭曲等形態分析，發現距今1萬年左右的河北南莊頭遺址開始飼養家狗。

人骨的基因組和蛋白質分析為人類的起源、遷徙提供了分子證據。例如，距今約4萬年的北京田園洞人基因組分析表明，該個體屬于晚期智人，但并非現代東亞人的直接祖先，與田園洞人遺傳關系最接近的智人是美洲亞馬孫人。

骨骼中含有膠原蛋白，是同位素分析的主要對象，其中，碳氮穩定同位素分析可以重建先民或動物的長期飲食結構。碳同位素數據可以推算個體食性中C3和C4植物（如粟、黍、玉米等）的比例，在中國可以反映先民對粟作農業的依賴程度。氮同位素數據可以判斷先民的營養級，從而反映先民在食物鏈中的地位及可能的肉食來源。

考古發掘中常會出土大量種屬形態特征不明顯的碎骨或動物制品，如果都依賴DNA來鑒定種屬，成本比較高，蛋白質分析可以低成本快速鑒定種屬。基于質譜的動物考古學利用膠原蛋白酶解后肽段的質量數分布具有種屬特異性，可判斷樣品的動物來源。丹尼索瓦人的碎骨就是從海量碎骨中篩選出來，再開展基因組分析和同位素分析的。

植物考古中的好幫手：顯微鏡和質譜

大約1萬年前，農作物的栽培和馴化造就了人類歷史上的“新石器時代農業革命”，塑造了全新的人類生產生活方式。

研究古代的植物利用，可以從植物大遺存和植物微小遺存入手。前者是指那些用肉眼或低倍顯微鏡就能看見的植物遺存，比如木材、果實、種子等，通過基于水的浮選法從考古土樣中提取；后者指必須借助高倍顯微鏡才能看到的微體植物化石，包括孢粉、植硅體等，通過重液提取法從土壤中提取。

科學家在距今1萬年左右的北京東胡林遺址，用浮選法找到炭化黍、粟顆粒，是考古發掘浮選出土的年代最早的粟和黍實物。河北省磁山遺址窖穴植物灰化樣品中發現了年代類似的黍植硅體。河北省徐水縣南莊頭遺址和北京東胡林遺址出土的陶片或石器上，發現具有馴化性狀的粟淀粉粒所占比例在持續增加。由此可見，華北旱作農業起源的時間應在1萬年之前。

稻作農業起源方面，從距今約1萬年的浙江浦江上山遺址浮選出的炭化稻米，地層中還有摻雜炭化稻殼的紅燒土殘塊，以及陶片中摻入稻殼的現象，說明當時已經開始種植水稻。在浙江田螺山遺址，水稻小穗軸和稻葉扇形植硅體形態的變化，反映出經過約3 000年的種植，馴化稻成為主流。

施有機肥（糞）是提高作物產量最直接、最有效的途徑，古代補充土壤肥力主要依靠動物性糞肥。施肥管理將作物栽培與家畜飼養緊密結合起來，新石器時代中晚期陜西渭南白水河流域眾多遺址出土粟、黍作物以及相關動物骨骼，其碳氮穩定同位素分析表明，該地區先民從距今約5 500年就已經開始了長期、持續的施肥管理。

在陜西省秦陵博物院，兵馬俑保護修復團隊成員為秦兵馬俑進行彩繪保護

多科學手段：提取分子化石

先民在加工、利用和消費生物資源的過程中，相關的有機物可能殘存或沉積在各種遺存上，它們統稱為有機殘留物。依據裸眼的可觀測性，可以劃分為可見殘留物和不可見微量殘留物。有機殘留物的載體主要包括動植物大遺存、處理動植物的各種工具和器物、可見的動植物制品和人體組織等，相關分析就是從載體中提取生物標記物、脂類物質或蛋白質等有機分子并鑒定，從而判斷其生物來源。

利用紅外光譜、脂質分析及單體脂肪酸穩定碳同位素分析方法分析甘肅省酒泉市西溝村魏晉墓M5（M5為唐代）出土銅甑釜（分體甗）下半部分釜內的白色膏狀殘留物，結果表明其應為反芻動物油脂，推測是用銅甑蒸制牛肉或羊肉時滲流下來而形成的。

使用免疫法在距今約8 000年的浙江跨湖橋遺址檢測出生漆做的涂料和黏合劑。紅外和氣質聯用分析表明，蜂蠟在戰國時期已作為藥物基體和黏合劑，漢代時又用作燈的燃料。使用碳14測年、透射電鏡和氣質聯用等手段，證明三門峽出土古酒確實為西漢早期的古酒，而且還是可以止血消炎的藥酒。