高科技“神器”助力考古

考古学对于过去人类社会的研究，主要透过重建与分析古代人们的物质文化与环境资料，如器物、建筑、生物遗留等。对古代遗存的信息提取，离不开以田野发掘、整理研究为主的传统考古和以理化分析为主的科技考古。随着科技的发展，自然科学领域的许多方法都逐渐被应用于考古学中。

广域考古中的利器：遥感技术

相比地面的考古勘察，太空中的卫星和天空中的飞机提供了不一样的视角，也提供了不可替代的信息。遥感考古多使用可见光、红外光、合成孔径雷达等成像方法，获取大面积的影像资料。古代遗存的土壤、微地貌、植被状况与周边环境会有细微的差异，各自有着不同的电磁波特征，在照片上仔细研读，就可能找到城址、河道和长城等大型遗存。

在地广人稀、交通不便的区域，遥感考古是考古人的利器，极大地减少了考古调查成本。新疆历史上曾经有许多长城，但受千余年的风化侵蚀和人类活动的影响，长城遗存已经和周边的沙漠、戈壁等环境浑然一体，人眼很难看出长城的存在，而利用遥感手段可基本“复原”出新疆古代长城的样貌。借助遥感考古，中国考古学家还在丝绸之路西端突尼斯发现10处古罗马时期的考古遗存，揭示了古罗马时期南线军事防御系统的布局与农业灌溉系统的结构。

发掘出土的陶片

考古CT检测仪

上海同步辐射光源显微CT站用于考古研究

在人口稠密的地区，遥感考古可能避开人类活动的干扰。良渚文明是中国最早的文明之一，现在也是人口密集之地，人类活动对地貌影响很大。发现良渚古城附近的水利高坝系统后，考古学家利用20世纪60年代的美国卫星影像进一步开展筛查，进而发现了良渚古城附近的水利低坝。

发现古物的制造奥秘：同步辐射光源

工业革命以前，人类社会的演化以工具材质和工艺来划分，如旧石器时代、新石器时代、青铜时代和铁器时代等。根据加工工艺，人工制品可分为冷加工制品（如石器、玉器等）和热加工制品（如陶瓷、玻璃、金属等）。

人类制作工具的历史就是材料利用史。早期人类对石头进行冷加工，从粗糙的打制石片、手斧到精致的细石叶，石器的形态和工艺反映了人类从200多万年到1万多年前的迁徙和文化交流情况。

至少在1万余年前，中国先民就掌握了旋转钻孔技术。鸵鸟蛋壳做的珠子是旧石器晚期先民常见的饰品，鸵鸟蛋壳珠比较脆弱，直接用光学显微镜或使用硅胶翻模再扫描电镜观察的传统钻孔工艺研究方法并不适用。科学家们利用上海同步辐射光源对水洞沟遗址12地点附近的鸵鸟蛋壳珠进行了无损的显微CT（电子计算机断层扫描）分析和三维建模，判断蛋壳来自安氏鸵鸟。先民们从蛋壳内表面使用扭转钻孔方法定位，如使用燧石做的尖状器，再使用旋转钻孔方法来深入钻孔，最后使用圆柱形磨头并配合旋转方法将穿孔打磨成圆柱形。

中国是陶器的起源地区之一，碳14测年表明江西仙人洞出土陶器的年代可以早到距今约2万年。尽管中国先民的陶瓷制作工艺一直很发达，但古代陶工并没有故步自封。大约在3 000年前，中国陶瓷业首次受到外来技术的影响，新的陶瓷制品种类——釉砂开始出现并成为当时贵族阶层的新宠。釉砂的引进，促进了中国古陶瓷呈色技术的发展。

尽管中国的青铜技术受外来技术影响很大，但是中国的冶金术应该是独立发明的。利用同步辐射光源X射线（X射线是一种频率极高、波长极短、能量很大的电磁波）荧光分析面扫描，对比分析模拟样品和陕西姜寨遗址发掘的距今约6 000年的黄铜片，发现后者的制作工艺是固体还原，比西亚类似工艺的人工冶炼合金砷铜还略早一些。正是已有了冶金术和发达的陶瓷基础，青铜技术一传入中原就很快得到广泛应用。

三星堆遗址考古取得重要收获

识骨寻踪：从形态学到DNA序列

骨头（牙）包括人骨和兽骨，是考古遗址中出土较多的遗存之一。骨骼的形态分析、同位素、蛋白质和DNA分析可为人类演化、迁徙、动物饲养等提供丰富的信息。

依据人类的头骨形状，体质人类学家利用三维技术复原了北京老山汉墓主人的容貌。动物考古学家通过骨头的形态学分析基本梳理了过去1万年我国家养动物的利用过程。例如，通过齿列长度或齿列扭曲等形态分析，发现距今1万年左右的河北南庄头遗址开始饲养家狗。

人骨的基因组和蛋白质分析为人类的起源、迁徙提供了分子证据。例如，距今约4万年的北京田园洞人基因组分析表明，该个体属于晚期智人，但并非现代东亚人的直接祖先，与田园洞人遗传关系最接近的智人是美洲亚马孙人。

骨骼中含有胶原蛋白，是同位素分析的主要对象，其中，碳氮稳定同位素分析可以重建先民或动物的长期饮食结构。碳同位素数据可以推算个体食性中C3和C4植物（如粟、黍、玉米等）的比例，在中国可以反映先民对粟作农业的依赖程度。氮同位素数据可以判断先民的营养级，从而反映先民在食物链中的地位及可能的肉食来源。

考古发掘中常会出土大量种属形态特征不明显的碎骨或动物制品，如果都依赖DNA来鉴定种属，成本比较高，蛋白质分析可以低成本快速鉴定种属。基于质谱的动物考古学利用胶原蛋白酶解后肽段的质量数分布具有种属特异性，可判断样品的动物来源。丹尼索瓦人的碎骨就是从海量碎骨中筛选出来，再开展基因组分析和同位素分析的。

植物考古中的好帮手：显微镜和质谱

大约1万年前，农作物的栽培和驯化造就了人类历史上的“新石器时代农业革命”，塑造了全新的人类生产生活方式。

研究古代的植物利用，可以从植物大遗存和植物微小遗存入手。前者是指那些用肉眼或低倍显微镜就能看见的植物遗存，比如木材、果实、种子等，通过基于水的浮选法从考古土样中提取；后者指必须借助高倍显微镜才能看到的微体植物化石，包括孢粉、植硅体等，通过重液提取法从土壤中提取。

科学家在距今1万年左右的北京东胡林遗址，用浮选法找到炭化黍、粟颗粒，是考古发掘浮选出土的年代最早的粟和黍实物。河北省磁山遗址窖穴植物灰化样品中发现了年代类似的黍植硅体。河北省徐水县南庄头遗址和北京东胡林遗址出土的陶片或石器上，发现具有驯化性状的粟淀粉粒所占比例在持续增加。由此可见，华北旱作农业起源的时间应在1万年之前。

稻作农业起源方面，从距今约1万年的浙江浦江上山遗址浮选出的炭化稻米，地层中还有掺杂炭化稻壳的红烧土残块，以及陶片中掺入稻壳的现象，说明当时已经开始种植水稻。在浙江田螺山遗址，水稻小穗轴和稻叶扇形植硅体形态的变化，反映出经过约3 000年的种植，驯化稻成为主流。

施有机肥（粪）是提高作物产量最直接、最有效的途径，古代补充土壤肥力主要依靠动物性粪肥。施肥管理将作物栽培与家畜饲养紧密结合起来，新石器时代中晚期陕西渭南白水河流域众多遗址出土粟、黍作物以及相关动物骨骼，其碳氮稳定同位素分析表明，该地区先民从距今约5 500年就已经开始了长期、持续的施肥管理。

在陕西省秦陵博物院，兵马俑保护修复团队成员为秦兵马俑进行彩绘保护

多科学手段：提取分子化石

先民在加工、利用和消费生物资源的过程中，相关的有机物可能残存或沉积在各种遗存上，它们统称为有机残留物。依据裸眼的可观测性，可以划分为可见残留物和不可见微量残留物。有机残留物的载体主要包括动植物大遗存、处理动植物的各种工具和器物、可见的动植物制品和人体组织等，相关分析就是从载体中提取生物标记物、脂类物质或蛋白质等有机分子并鉴定，从而判断其生物来源。

利用红外光谱、脂质分析及单体脂肪酸稳定碳同位素分析方法分析甘肃省酒泉市西沟村魏晋墓M5（M5为唐代）出土铜甑釜（分体甗）下半部分釜内的白色膏状残留物，结果表明其应为反刍动物油脂，推测是用铜甑蒸制牛肉或羊肉时渗流下来而形成的。

使用免疫法在距今约8 000年的浙江跨湖桥遗址检测出生漆做的涂料和黏合剂。红外和气质联用分析表明，蜂蜡在战国时期已作为药物基体和黏合剂，汉代时又用作灯的燃料。使用碳14测年、透射电镜和气质联用等手段，证明三门峡出土古酒确实为西汉早期的古酒，而且还是可以止血消炎的药酒。