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埃及考古学中的 “科技范儿”

从开罗的吉萨金字塔群到卢克索的帝王谷法老墓群,从神奇的纸莎草纸到不朽的木乃伊,埃及众多古代的遗迹中蕴藏着大量的谜题,正等着考古学家来一一破解。

但俗话说,“工欲善其事,必先利其器”,如今的考古学,早已不是锄头和铲子的时代,而是打起了“科技牌”。CT成像、红外影像、计算机图像处理、DNA鉴定,甚至宇宙粒子探测技术都纷纷大显身手,帮助考古学家还原古埃及那段神秘久远的历史。

用宇宙粒子探测金字塔

埃及的金字塔由成千上万块巨石堆砌而成,其宏伟的规模和整齐的外观带给世人强烈的震撼,以至于被称颂为“世界奇迹”。然而,考古学家最关心的问题是:金字塔的内部有什么?

也许你会提议,把这些庞然大物拆开看看不就行了。这种粗暴毁坏遗址的方法当然不可行,考古学家找到了一种更简单、更经济的探测金字塔结构的方法——渺子(μ 粒子)探测技术。渺子是一种常见的宇宙粒子,它由宇宙射线与地球高层大气中的原子撞击时产生。科学家做过统计,每1分钟,在1平方米地表可以接受到大约有1万个渺子。当渺子到达地表,会穿透地表的物体,这时渺子与物体中的原子核发生碰撞散射,偏离原来的行进轨迹,能量也会有所损失。所谓的渺子探测技术,就是使用特殊的探测器捕捉渺子散射现象,然后通过分析计算,描绘出散射渺子的物体的内部图像。

所以,渺子探测很像X射线扫描,但它比后者有一些突出的优势。比如,渺子的质量很大,约为电子的207倍,自身带正电或者负电;运动速度也很快,接近光速。因此,渺子具有很高的能量和很强的穿透能力,它们可以轻松穿透1.3米厚的铅板或15米厚的水层,自然也就可以穿透金字塔厚重的石墙。又比如,渺子线束是从天而降的清洁射线,不仅对环境和工作人员是无害的,还可以扫描尺寸非常大的研究对象。在日本,科学家就曾经利用渺子探测器对鹿儿岛县的火山进行过扫描,结果可以清楚看到火山内部一些地方的岩浆对流情况以及直径约100米的火山岩浆喷出通道。

2016年5月,考古学家首次将渺子探测技术用于金字塔研究,他们扫描了位于萨卡拉金字塔群的弯曲金字塔,并用计算机构建了该金字塔内部清晰的三维图像。弯曲金字塔是埃及第四王朝法老圣法鲁在位时期建造的,距今已有4600多年,它四边弯折,造型独特,是埃及最著名的金字塔之一。此前,考古学家一直猜测,法老圣法鲁安葬在弯曲金字塔内部的秘密墓穴中,但三维图像表明,弯曲金字塔内部只有两个小墓穴,一上一下,相距大约18米,每个墓穴都有独立的墓道通向不同的出口,所以弯曲金字塔看上去并不像是尊贵法老的陵墓所在。10月,考古学家又扫描了位于吉萨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230万块巨石堆砌而成,几乎是一座实心的巨石。不过,在胡夫金字塔的北侧和东侧,渺子探测器仍然发现了两处之前不为人知的密室,其中的一处还连接着一条通向金字塔内部的走廊。目前,胡夫金字塔内密室的用途和规模还需要进一步研究,但这一新发现已经足够让考古学家心潮澎湃。

给古代卷轴“拍片子”

关于埃及金字塔的建成方式,人们的猜测不胜枚举。考古学家或许可以根据金字塔的内部结构去修正各种猜测,但古代埃及人自己的说法才是最权威的。这就需要考古学家去好好阅读一下纸莎草纸——它是古代埃及人主要的书写材料,也是人类所使用的最早的纸张。

2016年7月,埃及国家博物馆就首次展出了4000多年前的第四王朝时期的纸莎草纸文献。这批文献共有六份,用清晰的埃及象形文字写成。其中一些文件记录了建筑工人的日常生活,指出这些建筑工人是从位于红海西岸以及尼罗河东岸的采石场生产石块,并通过尼罗河等水道将石块运输到吉萨;还有一些文件是官员的日记,以图表的形式列出了古代埃及各个省份的收入情况、支付给金字塔建筑工人的工资以及补给食物所需的羊的数量。通过这批文献,考古学家能够了解到数千年前古代埃及人建造金字塔的一些细节。

其实,在埃及,出土的纸莎草纸文献已有成千上万,但像博物馆展品那样能够直接阅读的却少之又少。原因在于,古代埃及人存放文件时很少会将纸张一页页铺开,他们更喜欢将纸莎草纸卷成卷轴。经过久远的年代,这些卷轴已经变得太脆弱,碰一下就碎了,根本无法打开。为了阅读这些弥足珍贵的历史资料,考古学家只能去尝试别的方法。在长期摸索之后,他们从医学影像学中得到了启示,即,可以用CT成像来“打开”纸莎草纸卷轴。

我们知道,CT成像是医学诊断中一种先进的“拍片子”的方法,其原理和拍摄X光片相似。不同的是,拍摄X光片是用透视的原理,让X射线透过人体照射在一张胶片上成像,这相当于把人体“压扁”到一张图上。而CT成像是让X射线从不同深浅的横断面穿过人体,然后利用计算机成像技术将这些横断面显示出来,这相当于把人体“切成薄片”后分开贴到好几张图上。如果用计算机将不同层面的“薄片”拼接起来做“三维重构”,那么医生就可以得到人体内部三维空间的信息。同样,考古学家用类似的方法处理纸莎草纸卷轴,就可以重建卷轴内部的三维图像,然后用计算机模拟的方式将三维卷轴“展开”。

不过,考古学家所用的CT成像比普通的医学CT成像更加高级。后者的成像是基于人体对于X射线的吸收,这种成像仅对人体骨骼表现得比较清楚,而对人体软组织则难以观察,原因在于人体软组织主要由轻元素组成,轻元素对于X射线的吸收是很少的。但是,科学家发现,轻元素能够引起X射线相位发生明显变化,如果记录穿过人体的X射线相位的改变,以此来反映人体内部物质密度的分布,那么很多新的细节可以被分辨出来——这便是考古学家使用的“X射线相位衬度CT成像”。在意大利赫库兰尼姆古城,考古学家已经用这种技术成功地读出了3000年前纸莎草纸卷轴的内容,而在纸莎草纸诞生地的埃及,考古学家只需一次次“依法炮制”就可以了。

红外影像看到新密室

第十八王朝是古代埃及延续时间最长、版图最大、国力最盛的朝代,这个王朝的法老开创了在山谷中建造地下墓穴的传统——帝王谷便由此而来。图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。

在埃及历史中,图坦卡蒙的功绩并不显赫,但有3件事使他变得非常有名。

首先,图坦卡蒙的墓穴是帝王谷中规模最小但保存最为完好的一个。几十个世纪以来,考古学家在帝王谷所发现的法老墓穴,都是几经洗劫而残缺不全的。可是保存下来的图坦卡蒙墓穴富丽堂皇,穷奢极侈。其中的龛、箱、匣、柜和各种家具堆积如山,几乎每件都有贴金、绘彩、镶嵌宝石。一些前所未见的古代工艺品更是令人惊叹,比如著名的黄金面具以及用陨石所做的匕首。自从1922年该墓穴被发现后,考古学家用了10 年的时间才清理完其中的物品,可见墓穴中珍宝的丰盛。不过,考古学家认为,图坦卡蒙墓穴仍有隐藏的秘密等待发掘。

其次,图坦卡蒙的继母奈费尔提蒂王后非常有名,她被认为是埃及历史上最美丽的女人,同时也是埃及首位拥有国家最高权力的女性政治家。奈费尔提蒂的法老丈夫在世时,夫妻双方一直平起平坐,在丈夫死后,奈费尔提蒂又接着统治了埃及数年。在奈费尔提蒂当政期间,她下令建立多条贸易线路,将海外的珍贵财宝运往埃及,还提倡男女平等,可以说对古代埃及政治、经济、军事、文化和宗教都产生过巨大的影响。但迄今为止,考古学家仍未找到奈费尔提蒂的墓穴。

第三,图坦卡蒙9岁君临埃及,只活到19岁。为何养尊处优的法老正值盛年就突然死去?这是考古学家很想解开的谜题。

长期以来,考古学家一直在图坦卡蒙墓穴寻找上述3件事的有关线索,其中图坦卡蒙墓穴中的一些细节引起了他们的注意。在墓穴的北墙和西墙上,似乎有两扇门的轮廓,轮廓的尺寸与其他埃及法老的墓穴的大门一样,而且,北墙原本是白色的,但后来它被刷成黄色,以配合其他三面墙的背景色。这表明,北墙的历史或许可以追溯到图坦卡蒙被埋葬之前。考古学家还发现,图坦卡蒙墓穴北墙上的壁画所描绘的葬礼场景,其主角可能不是图坦卡蒙,而是奈费尔提蒂。因为在以前的研究中,考古学家知道了奈费尔提蒂的嘴角边有垂直的褶皱,有完美的拱形眉毛,北墙壁画的人物就具有这些特殊的面部特征。所以,考古学家大胆推测,古代埃及人修建图坦卡蒙墓穴并不是为了图坦卡蒙,而是为了比他早死了约10年的奈费尔提蒂。但图坦卡蒙很年轻就去世了,在这种意外情况下,图坦卡蒙可能被迫与他的继母合葬在一起,因为古代埃及人还没有给这位突然死去的年轻法老准备好陵墓。

2015年,考古学家似乎证实了这个猜测。我们知道,自然界的物体如果温度超过绝对零度就会辐射出电磁波,随着温度的变化,物体辐射出的电磁波的波长也随之改变。其中,波长介于760纳米到1毫米之间的电磁波称为红外线,人类看不到这个波段,但如果用光电探测器来接收红外辐射,再进行信息处理,将该信号转换成温度值以及可供人类视觉分辨的图像,就可以用来探知人类视野之外物体——这就是红外影像。


利用这种技术,考古学家发现,图坦卡蒙墓穴的北墙与其他墙面有明显的温差,而出现这种现象的原因可能有多种:也许北墙与其他墙壁间存在空隙,阻止了不同墙壁之间的传热;也许北墙背面有空气流动来散热,而其他墙壁背面仍是石头;又或者北墙是用不同于其他墙壁的材料制作的,因热容量的差异导致了温度的不同。但不论何种原因,都预示着墙后有一个神秘的密室。但这个密室是不是奈费尔提蒂的墓穴呢?我们只能耐心等待考古学家公布进一步的研究结果了。

至于图坦卡蒙的死因,人们众说纷纭,比较流行的说法是图坦卡蒙被人谋杀,后脑受到重击而死。但考古学家用科技手段驳斥了这种谣言,他们对图坦卡蒙的木乃伊做了CT成像,结果显示,图坦卡蒙身形纤瘦,有轻微腭裂,但头盖骨完好无损。另外,图坦卡蒙左大腿骨有一道骨折裂痕,显示他死前可能严重弄伤大腿,虽然裂痕本身不会对生命构成威胁,但却可能因此受到细菌感染。在后来的DNA测试中,考古学家又在图坦卡蒙的木乃伊内发现了疟原虫的DNA。综合所有检测,考古学家认为,图坦卡蒙的死因极有可能是疟疾、腿部细菌感染以及随之而来的身体虚弱,而非谋杀。

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