科幻世界(2013年8月)
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SCIENCE 科学

太空考古学 Space Archaeology

文/赵 洋

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近日,一块来自太空的人造物残骸将在伦敦拍卖。

这块碎片长130厘米,重3.69千克,是在日本北海道海域被打捞出水的。古董拍卖师认为它价值40万美元。这块来自太空的残骸之所以能卖出超越黄金的单价,源于它是2007年中国射落一颗低轨道卫星的导弹碎片,这是中国首次反卫星导弹试验,历史意义非凡。

2013年3月,亚马逊创始人杰夫·贝佐斯在个人博客中宣称,他的探险队在大西洋海底找到了“阿波罗”11号登月飞船的运载火箭发动机。他说,深海机器人经过三周海底搜寻,终于在4800米深的海底发现了“阿波罗”11号登月飞船运载火箭土星5号的两台发动机,发动机已经扭曲变形,生锈腐蚀。贝佐斯是个人出资进行这项搜寻计划的,他还打算与美国宇航局合作修复火箭发动机,然后公开展出。美国宇航局发表声明称:“当杰夫和他的探险队宣布在大西洋海底发现土星5号火箭的两台发动机时,我们与他们同样激动。”

从1957年苏联发射第一颗人造地球卫星算起,太空时代才开始半个世纪,但太空考古的热潮已然掀起。

揭示湮没的金字塔

2011年,美国阿拉巴马大学伯明翰分校的一个实验室运用卫星红外成像技术,探测到了埃及地下17座从未被人发现的金字塔,以及一千多座未被挖掘的墓穴、三千多处古代房屋遗址,堪称太空考古学的一次重大发现。

考古学家莎拉·帕卡带领研究人员,利用卫星搭载的大功率红外热成像设备,对埃及地区进行遥感,结果发现了大量埋藏在沙土中从未被考古界发现的遗迹,包括金字塔、墓穴等。初步挖掘考察已经证实了部分发现,包括两座被埋在地下的金字塔。

帕卡克说,通过红外设备,可以“看见”埋没于地下的建筑形状。但当如此庞大的“建筑群”出现时,同事们都感到惊讶,她看着这些“宝藏”显露真容,也几乎不敢相信自己的眼睛。毕竟,能挖掘到一座被湮没已久的金字塔是每个考古学家的梦想。

他们分析的这些图片是由运行在距地面700千米轨道上的卫星拍摄的,这些卫星配备了功能强大的相机,能拍摄到地面上直径不超过1米的微小物体。红外图像常被用来揭示地下隐藏的不同物质。古埃及人用泥砖建造住宅和其他建筑物,泥砖的密度比周围土壤的密度更大,因此,从红外图上能看到房屋、神殿和坟墓的轮廓。帕尔卡克说:“这些图片显示,我们太低估古代人类住宅区的大小和规模了。”

考古遥感简史

考古学家利用航拍照片寻找古迹由来已久。在人类飞上天之前,考古勘探根据的是传说、怀疑和直觉,就像大海捞针,全靠运气与误打误撞;直到遥感技术出现,考古学家才得以大幅度地探寻地面和地下,看见人眼不及的事物。

1906年,英国军官H.P.沙普从军用热气球上对建于新石器晚期的巨石阵遗址进行了空中摄影,并在考古学杂志上发表。第一次世界大战期间,飞机的操控性能及飞行技术取得了很大进步,有飞行员开始关注战争时期的考古遗址。英国皇家飞行团观察员克劳福德在当时主要负责航空考古工作。克劳福德依据植被标志从航空相片上辨认出史前的建筑结构,在无植被标志的干旱区则依据遗址的地形阴影识别遗址。用这种方法,克劳福德在一年时间里发现的遗址比过去一百年间依靠徒步调查所发现的遗址还要多。这种方法在20世纪20年代中期得到进一步完善,其间,很多经典的航空相片登载在克劳福德1927年创办的Antiquity杂志上。后来,航空遥感在考古学上的运用日益圆熟,进而促成了太空考古的出现。

进入太空时代后,因冷战的战略需要,导致侦测对方兵力部署的侦察卫星成为最先实用化的应用卫星。精确制导武器的发展要求有精准的地图进行地形匹配。最初是为了引导小型炸弹命中目标而从太空拍摄地面广大地区影像,如今则发展到利用详细精准的卫星照片来制作气象图、地图等,并研发出卫星定位系统以协助导航。考古学家从这些公开的卫星图像中受益良多,可以说,太空考古是由卫星的军事用途发展而来的。

卫星影像曾帮助学者找到失落在危地马拉米拉多盆地的古代城市瓦克纳;美国宇航局的科学家利用雷达看穿撒哈拉沙漠6英尺厚的沙子,发现了15000年前的水系,并追寻埋藏已久的失落之城乌巴。先进的太空成像科技包括雷达、激光和微热感应影像,不仅扩展了人类的视觉范围,更促使人类重新看待身处的地球。

首次吸引全世界考古学家目光的太空考古发现出现在1981年。当时,美国刚刚启用不久的“哥伦比亚”号航天飞机搭载的SIR-A合成孔径雷达揭示了埋藏在撒哈拉大沙漠地下的古峡谷和古河道。考古学家通过研究雷达遥感图像上沙层覆盖下基岩的雷达回波发现,非洲北部存在过比现今尼罗河水系更为庞大的河流水系,否定了那里不存在主干水系的论断。古河道为旧石器时代的人类提供了沙漠中的绿洲,揭示出当时撒哈拉沙漠的环境条件。由于这些干沙区域其介电常数很小,雷达波很容易穿透这些区域的表面,因而可以发现可见光/近红外等遥感方式所探测不到的目标。

太空考古大显身手

接下来,来自太空的遥感影像继续大显身手:美国考古学家利用卫星遥感影像发现了早已沉没海底数千年的古埃及名城亚历山大;欧洲的考古学家根据早期遥感照片发现了多处古罗马的建筑遗址和著名的“罗马大道”;美国宇航局阿莫斯研究中心的科学家利用遥感技术揭开玛雅文明荣枯盛衰的奥秘;成功地识别出了古玛雅遗址的特点;希腊考古学家用红外相片在科林斯湾发现了公元前373年毁于地震的古城Helike;美国宇航局考古学家从红外航空相片上识别出哥斯达黎加森林中的古路径;1994年,美国航天飞机成像雷达对处于茂密森林中的柬埔寨吴哥窟的研究,重建了吴哥窟的分布范围和古运河水系,使我们了解到已消亡的吴哥窟的壮观原貌。历史悠久的中国自然不会被落下,丝绸之路遥感考古是1994年航天飞机成像雷达过境我国尼雅古城时的一个重要课题,加拿大等国的研究人员对曾位于沙漠中的绿洲古城Merv进行了多学科的遥感考古研究,利用GPS技术和其他卫星图像对古城进行了精确定位和古遗址分析。

现在,商用卫星影像的全色波段分辨率已经达到一米以内,成像成本很低,在考古研究中的应用前景很好。对公众免费开放的“谷歌地球”软件就使用了大量这种高精度卫星图片。考古学家们在“谷歌地球”的帮助下,也发现了不少历史古迹。2008年,阿根廷拉里奥哈国立大学的考古学家宣布,他们借助谷歌卫星导航地图,发现了十多处有数百年历史的古代印第安人建筑遗迹。借助“谷歌地球”,考古学家们还在阿富汗发现了约450处古代遗址,这些遗址均距今数千年时间。在“谷歌地球”提供的雷吉斯坦沙漠地区卫星影像上,考古学家们甚至还发现了数千年前荒弃的阿富汗村庄、营地旧址、小型城堡、墓地、水库和地下水道等。当然,虽“谷歌地球”可以帮助科学家们进行考古探测,但目前大多只是用于考古工作的规划阶段,用于确定需要在地面上做步调查和发掘的地点。曾经发生过这样的事情:一位业余太空考古学家在分析卫星照片时,误把二战时期德国人挖的战壕当成了古罗马时期的水渠,经过考古发掘才证明了判断的错误。科学家们认为,“谷歌地球”的考古潜力也存在被非法利用的一面,一些盗宝者也可以使用该软件发现可能的目标。或许未来的盗墓小说主人公除了会用洛阳铲,还得会分析卫星遥感图片。

其他星球的人类遗迹

自1969年7月,美国“阿波罗”11号飞船在月球成功着陆,宇航员阿姆斯特朗在月球表面留下了人类第一个脚印以来,人类已实施了百余次无人月球探测任务。如果有朝一日普通人可以花钱上月球观光,可想而知,阿姆斯特朗的脚印将是首选景点。毕竟,就连阿瑟·克拉克都认为,能够登月是判断文明发达与否的一个标准。谁不想看看这个标志着人类迈出摇篮的印记呢?

届时,蜂拥而来的人潮会不会威胁到人类第一个登月地点的原貌呢?新墨西哥州立大学的太空遗产考古学家贝丝·奥莱丽博士认为,应该根据美国和联合国的文化遗产法对月球上的这个地点进行保护。但她也表示,美国政府对保护这个地点的任何举动都非常关注,并会将这样的举动视为一种宣称拥有月球主权的企图,因为根据联合国《月球协议》,月球不属于任何国际与个人。不过,2006年,她成功地让美国新墨西哥州政府承认,“阿波罗”11号着陆的静海基地是历史考古遗址。

在人类重返月球和人们通过太空之旅重新踏上月球表面之前,我们应该认真考虑保护月球上的人为景观和登陆遗址的问题。如果没有合适的保护方案和战略,人们就会在月球表面自由走动,这些遗址将变成互联网上的炒作对象。

月球土壤松散,但不会被风吹动。如果无人打扰,宇航员的脚印可能会保存数万年不变形。但若是粗心的游客驾驶月球车压在上面会如何呢?会不会有人在脚印旁边写下“xx到此一游”呢?更不用说会有古董商高价收购这些脚印了。想到这些可能性,就知道这个遗址是多么脆弱了。

在美国宇航局的资助下,奥莱丽和她的科研小组利用从美国宇航局和史密森学会等公共机构获得的档案资料,记录了“阿波罗”11号机组成员在月球表面留下的106件物品和遗迹,其中,包括阿姆斯特朗的脚印和插在月球表面的美国国旗,以及集尿袋和宇航服靴子等。奥莱丽表示,“阿波罗”11号登月行动带回20千克月球石,因为登月舱受损,只有一次起飞机会。她说:“他们接到命令,必须扔掉所有不必要的物品,因此他们开始向月球上扔东西。月球的引力只有地球引力的六分之一,所以我们已经计算出这些物品将落到什么地方。”她表示,因为月球上没有风化与侵蚀作用,人类第一次在那里留下的脚印应该还在。但是,由于国旗就在登陆地点附近,所以航天器起飞时可能已经把它吹翻了。

由于月球表面昼夜温差很大,扔在月球上的一些东西可能降解了。但是奥莱丽表示,像呕吐袋等一些看似无足轻重的物品结果被证明有很高的遗产价值。她说:“那是一些处于最前沿的科技。你在太空如何呕吐呢?这项技术在月球表面就显得非常重要。我们必须有统一的标准,什么可以留在月球,什么必须带走。”奥莱丽还强调说,太空遗产不只是美国的问题。美国和苏联在太空竞赛期间,在月球上留下了约100吨外来物品。

2012年5月,意识到月球人类遗迹重要性的美国宇航局发布了一份探月指导报告,旨在保护阿波罗飞船登陆点等人类早期探月留下的珍贵足迹,以及留在月球表面的科学仪器。报告称,“一次失误也许将永久性破坏这些无价之宝。”该局建议,在未来的登月任务中,其他登陆器最好至少与阿波罗飞船登陆点保持2000米距离,与“徘徊者”无人月球探测器等的着陆点保持500米距离,以防发生意外事故,破坏此前的登陆痕迹。

虽然这份指导报告不具有强制性,但美国宇航局欢迎其他国家和航天组织参与其中。民间探月组织“谷歌月球x大奖”评选委员会,旨在奖励研发出第一台安全登月机器人的私人机构。他们表示接受这一建议。正在竞争这一大奖的航天机器人技术公司总裁约翰·桑顿说,美国航天局已明确这些遗迹对人类的重要性,有必要确保它们在未来的登月活动中不被破坏。2013年底,中国的“嫦娥”3号探测器会携带月球车在月球降落,将为这片蛮荒之地增加一处最新的人类活动遗迹。

同理可知,降落在火星上的那些探测器及其活动痕迹——从“海盗”号到“机遇”号,从“凤凰”号到“好奇”号——都将成为未来“火星-地球人”的旅游胜地。没有它们,也就没有后来的载人火星探测和火星移民。所以,很有可能的是,“火星-地球人”会在上面搭建玻璃温室,使遗迹免遭沙暴侵袭,游客们也不用穿着笨重的舱外航天服进行参观游览了。

古董航天器

美俄卫星相撞、国际空间站躲避太空垃圾……类似的新闻仿佛表明太空垃圾是人见人厌的东西。但太空考古学家却不这么想。他们认为,有些太空垃圾反映了人类太空探索的史,是宝贵的文化遗产。澳大利亚弗林德斯大学的科学家艾丽斯·戈曼就呼吁把太空垃圾列入“世界遗产”名单。她认为,各国宇航局准备清除具有潜在危险性的太空垃圾用意是好的,但是也许会让人类的历史遗产遭到破坏,现在到了评估围绕地球运行的成百上千万件物体的价值的时候了。

在这些被认为具有遗产价值的太空物品中,包括1958年发射的美国“先锋”1号卫星。戈曼说,保护这些物体可以为一个国家在太空的存在提供证据,或者帮助重建人类太空探索的历史。她在世界考古大会上提出一份太空垃圾管理报告,建议列出太空遗产名录,并探索用什么样的机制管理太空垃圾,法律界限是什么,哪些地点应该被看成是遗产的一部分等等问题。

地球附近的太空已经是一座展示人类探索宇宙技术的博物馆。绕地轨道上有大约四千个火箭残骸和卫星,超过6000个被监控的大型碎片,超过20万个大于一厘米但没有被监控的碎片。既然在博物馆里,我们能够看到古老的蒸汽机、老爷车、螺旋桨飞机,一切能够显示以往人类技术进步的标示物,那么这些悬浮在太空中、曾代表人类最尖端技术的结晶,也理应受到同样的保护和重视。

更多有价值的残骸在太空中得到了很好的保护。1958年美国发射的“先锋”1号卫星,今天仍然在轨道上运行,估计它会继续在太空中存在至少600年。

由于航天飞机的退役,目前,人类没有办法取回这些太空垃圾。太空考古学家正在制定一个大胆的方案,即在日-地拉格朗日点附近开辟一个太空文物放置场。比如,现在NASA发射的太阳以及日光层探测器SOHO所处的L1点,其轨道周期恰好与地球轨道周期同步,然后把一些废弃的航天器通过火箭助推的方式安置在那里。这就好比考古学家们在保存或发掘技术不发达的情况下,暂时将文物留在地下一样。

等到天地往返技术进一步提高后,这些“暂存”在拉格朗日点的太空文物将被运回地球(或者月球),以便更多人可以欣赏它们。想一想,1970年发射的中国第一星“东方红”1号卫星还在近地点430千米、远地点2075千米的椭圆轨道上绕地运转 。或许以后条件成熟时,它会被“请”回国家博物馆,供后代国人瞻仰。

写给未来的信

我们无法从时间上回到过去,也不可能在空间上回到过去。但是,我们能从古人留下来的东西里回溯过去,我们可以从中看到古代社会的面貌。现在已经有人“有意识”地在太空为后代(或者其他智慧生物)留下可供考古的物品。

美国曾于1994年7月28日发射一颗人造卫星,里面储藏了五十个国家近四万人的不同信息及记录。卫星将长期围绕地球飞行,留待未来的人作考古之用。太空考古学计划主任费伦表示,“这是等待未来考古学家或未来时代的人发现的档案,这就是‘反’考古学。”

卫星上的信息包罗万象,反映了21世纪初的人类生活、文化断面。这些信息来自一些名人,如“阿波罗”7号指令长塞尔南、美国副总统戈尔,还有来自两百名囚犯及超过一千名残疾年轻人的信息。音乐自然也在其中。卫星运行十二年后,又被推上几百千米高的轨道。在那个高度上,卫星及储存的信息将留在太空长达数百万年之久。

从2002年9月开始,一项入选联合国教科文组织“21世纪计划”KEO的活动,邀请地球每个角落的人写下自己的生活和想法,之后,所有的信息将被刻成一张光盘,放入一颗叫KEO的卫星中。该卫星将于2014年发射升空,随地球绕行五万年后返回地面。届时,五万年后的人类,将可以通过这张光盘了解五万年前世界的模样。

因为这颗卫星装有两翼,又叫“未来考古鸟”。它携带的物品有:一颗人造钻石,里面包括含有现代人DNA的一滴血、泥土、海水和空气;一张百科全书式的“亚历山大图书馆”光盘,里面记录了21世纪人类所掌握的知识、艺术、宗教经文、政治格局、经济形势、动植物等信息;“星际时钟”可使我们遥远的后代知道KEO卫星发射的时间,做法是在一张玻璃面板上刻有一些天文数据,即各行星在发射那天在太阳系的相对位置,使后代人能推算出这颗卫星发射于五万年前(同样的行星排列250万年才重复一次)。

目前,KEO组织已经收到来自187个国家的一百多万条信息。活动发起人、法国科学艺术家菲力浦认为,KEO就像是一幅印象派的画作,每一个人的信息就是画上的一个小点。通过写下自己的生活、梦想、快乐、忧虑,我们不仅可以为未来“预留”文物,同时也引人深思我们到底是谁、我们到底需要什么这类命题。

有人说,1877年洛厄尔宣称火星上存在“运河”是最早的太空考古行为,可惜随着天文学的进步,模糊的“运河”变成了清晰的峡谷和山脉。但太空考古的事业不会消亡。它会从地球转向太空,不断寻找其他文明或人类自身在这个空旷宇宙间留下的痕迹。

【责任编辑:杨枫】