发掘古城给我们关于探索外太空的什么启示

庞贝古城北部一条安静的街道两旁，城市废墟随处可见。高高的野草和向日葵从曾经铺着瓷砖的中庭地板上冒出来，曾经绘有罗马神话场景的壁画已经褪色成灰褐色砖块上的几道红色条纹。

时间和风吹雨打已经使这些遗迹磨损殆尽，但考古学本身对这些遗迹却有些残忍。18 世纪和 19 世纪的寻宝者经常在地底下挖掘，只要能找到雕像、黄金或其他宝物，他们就不在乎会毁掉什么。公元 79 年，维苏威火山的火山碎屑风暴没有摧毁建筑物的上层，而是用镐和铲子将其摧毁。在这座城市较富裕的南部社区寻找战利品的人们将松散的泥土堆在仍埋在地下的北部石块上，形成了一个不稳定的泥土堆，里面堆满了土、砖块、陶器碎片和其他废弃的文物。

沿着这条地带继续前行，会发现一个地方，几百年前，猎人们曾在这里堆积残骸。2010 年，附近一个古老的运动训练场所——“角斗士之家”——因疏于管理而部分倒塌，促使庞贝考古公园开展挖​​掘和抢救行动。这个地方周围搭着脚手架，地上还有许多深坑，到处都是手推车和安全帽，看起来更像是一个建筑工地，而不是挖掘现场。成堆的旧碎石开始迅速侵蚀，威胁着使地下的街道和房屋更加难以通行。这项工作将揭示城市的新部分，并修复以前挖掘造成的损坏。这是一项更大的、覆盖整个公园的计划的一部分，该计划由欧盟和意大利政府资助约 1 亿欧元，旨在加固庞贝古城，防止其受到侵蚀、风化和不当修缮。

失去庞贝古城意味着失去罗马帝国最著名、保存最完好的遗迹之一。与长期暴露在风雨中的废墟不同，这座海滨胜地的大部分建筑仍保持着维苏威火山爆发时的原貌，当时火山灰厚约 20 英尺。如今，这座占地 163 英亩的古城每年接待 300 万游客。人们来这里是为了一睹这座古城的过去，它因那场可怕的灾难而化为化石，这场灾难夺去了大约 2000 人的性命，约占庞贝古城的五分之一，还有附近赫库兰尼姆和斯塔比亚镇的居民。

这些游客一边吃着炸披萨，一边戴着锡箔罗马头盔，但他们没有意识到，他们也在见证考古科学的历史。近 300 年前，考古人员首次发掘了这座城市，当时是受痴迷于古物的西西里国王查理七世的命令；从 1748 年开始的大规模发掘发现了该镇巨大的圆形剧场，后来发现了一块标明该地为庞贝城的牌匾。到 19 世纪 60 年代，研究人员已经发掘出该城的大部分遗迹，新成立的意大利政府向公众开放了街道。

如今，新一代的调查人员正在使用现代工具研究庞贝古城和其他遗址，而不会在研究过程中破坏它们。“非破坏性技术可以帮助我们知道在哪里挖掘什么，”罗马美国大学考古学教授 Pier Matteo Barone 说，他倾向于使用便携式探地雷达设备在拿起镐头之前透过火山灰窥视。

借助高分辨率无人机镜头、3D 建模和数据分析的深入见解，这波历史探险家正在描绘一幅更丰富的早已消逝的生命图景。他们的方法也反映了我们在地球之外所采用的方法，届时航天机构将需要探测火星或木卫二等可能适合生命生存的目的地，而不会干扰那里已经存在的生物。

2018 年炎热干燥的夏季考古发掘季，我漫步在诺拉大道上，想象着有一天我们能在木星的一颗冰冻卫星上发现文明的残骸。傍晚，游客渐渐稀疏，研究人员放下泥铲，我周围的阴影越来越深，因为这条古老商业街两侧高耸的破墙遮住了夕阳的橙色光芒。两千年前，这并不罕见；庞贝古城的大多数建筑都有三四层楼高，狭窄的道路沉浸在令人愉悦的阴影中。但如今，这些上层建筑很少能留存下来。

当我漫步走向市中心的寺庙区时，天色越来越暗，我听到头顶上传来低沉的嗡嗡声。我抬头一看，发现一架小型无人机低空飞过我的头顶。它以精确的之字形飞行，我立刻意识到这不是某个拿着玩具的游客。这是考古学家的工具。

视频开始于斯塔比亚大街上方的视线高度，这是一条通往庞贝城西北大门的主要干道。从这里开始，携带摄像机的无人机穿过鹅卵石路两旁密集的房屋，街道两旁遍布小酒馆、商店、洗衣店和面包店。巨大的岩石制成的人行横道横穿街道。经过几个街区后，视野开阔，展现出网格的复杂性。在维苏威火山鲜绿色的山坡下，数以千计的建筑进入视野——突然间，很明显庞贝城曾经是一座与现代世界一样复杂的小城市。

“无人机正在彻底改变考古学，”马萨诸塞大学阿默斯特分校的考古学家埃里克·波勒说，他和辛辛那提大学的同事史蒂文·埃利斯向我展示了埃利斯笔记本电脑上的镜头。我们在一家酒店的酒吧里喝着啤酒，两人一边解释他们每天如何驾驶内置 4K 摄像头的大疆无人机飞越遗址，捕捉 3D 图像。“在一次编程飞行过程中，我们可以生成一个 4GB 的图像，分辨率为每像素 1.3 厘米，”波勒说，他描述的视觉效果非常详细，他可以放大到足以检查砖石中的微小裂缝。

现在，波勒和埃利斯可以参考他们的录像来规划更精确的挖掘。这些高分辨率图表成为该地区数字档案的底层，每个特征都经过“正射校正”，或完美地与现实世界的网格相吻合，就像谷歌地球中的建筑物一样。波勒拿出手机，将图像加载到一个名为 ArcGIS 的应用程序中，这有点像地图版的 Photoshop。他可以在图表上创建新的信息层，这样他就可以在他的团队挖掘时将他们的发现绘制到图像上。如果波勒和埃利斯发现一家快餐店（称为 taberna），他们可以在上面画一个方框并命名。他们还可以添加更精细的细节，例如根据砖块的材质给它们贴上标签。

两人使用一种称为摄影测量的技术，以 3D 形式重现这些古代遗迹。现成的扫描软件让他们能够将 2D 照片与现场测量的数据相结合，从而获得完整的环境。多年来，埃利斯和波勒的团队拼凑了完整的房间和街区；如今，斯塔比亚纳大街的数千张图像（包括新旧图像）作为该地带的虚拟模型存在。

然而，无人机镜头和数字图像只能在地面上发挥作用。这座古老大都市的四分之一以上仍被埋在地下。因此，埃利斯、波勒和美国大学的巴罗内正在使用探地雷达来填补空白。

GPR 就像地下超声波。这些钻机大小和形状与割草机差不多，里面装有天线，可以向地下发射电磁脉冲，并在电磁脉冲从地下结构反射回来后进行收集。这些反射可以揭示地下物质的密度。例如，图案的变化可以显示出灰泥与砖墙顶部相接的确切位置。

尽管几十年来，探地雷达一直是考古学家们的热门工具（它揭示了巨石阵中可能埋藏的另外 60 根石柱的痕迹，以及英国莱斯特停车场下理查德三世国王的遗骸），但它直到最近才在绘制庞贝古城等地的地质图方面证明了自己的价值。尽管不确定脉冲能否在深厚的火山灰中保持其保真度，因为深厚的火山灰会阻碍信号，但巴罗内的研究发现该地区与该技术非常兼容。他说，他很高兴发现“波可以快速穿透火山沉积物”。

2011 年，他的团队发表了首批庞贝古城的 GPR 调查结果，重点关注了城市北墙周围一块未发掘的土地。通过研究读数中的异常情况，他们发现了似乎是罗马道路两侧的两堵墙。两堵墙的顶部都埋在火山灰中近 23 英尺深。结果令人鼓舞，他希望下一个目标是整个罗马城，在那里他可以使用手持式 GPR 帮助绘制一幅精确的地图，展示几千年前这个地方的面貌，而无需触及一块砖。

人们通常认为庞贝古城是度假士兵和罗马富豪们的繁华海滨小镇，那里有豪华的避暑别墅，铺着瓷砖的阳台，海风阵阵吹拂。但考古学家利用这些新工具，让人们得以一窥他们的前辈在历史上忽视的无产阶级生活。我们知道一些富裕居民的名字，比如西塞罗，以及尼禄的第二任妻子波帕娅·萨宾娜。但我们对策划晚宴的女性知之甚少。我们对在诺拉大街人行道上跑腿的奴隶知之甚少。这就是为什么像巴罗内这样的研究人员可能会对发现一些人行道感到兴奋，就像他的 18 世纪同行发现大理石别墅一样。

像他这样的 GPR 调查已经颠覆了人们对这座城市的长期假设，包括其中最受游客欢迎的地标之一的历史。Quadriporticus 位于城镇南部边缘的 Via Stabiana 大街，是一个巨大的露天中庭，总面积约一英亩，周围环绕着柱廊和数十个小房间。多年来，调查人员根据一幅武器壁画推测它曾是角斗士的营房。然而，埃利斯和波勒的 GPR 分析提供了一个更有说服力的线索：在地表以下约 1.5 英尺处有一个圆形结构，曾经是一个大型中央凉亭的地基。这种形状与当地和罗马露天市场上发现的形状相符。这表明古老的广场上可能挤满了卖发酵鱼、酱汁和葡萄酒的商贩。也许它不是招待富人的地方，而是为大众提供食物的地方。

调查人员越是仔细研究新发现的数字数据，就越能为日常生活增添质感。例如，埃利斯研究了他和波勒绘制的地图，这些地图统计并记录了庞贝城的 160 家小餐馆，揭示了这座城市是街头生活的繁荣中心。现在，多亏了化学分析，他知道人们在这些餐馆里吃什么。两个地方的粪坑显示，一家供应的餐食含有进口香料和多种鱼类，而另一家则提供罗马风格的舒适食品，如香肠和奶酪。“现在的趋势是寻找大而强大的、不寻常的东西，”埃利斯苦笑着说。“我们所做的是寻找常见的东西。”

同样，卡尔加里大学古典文学教授丽莎·休斯也在重现家庭生活的场景，探索当时居住在这里的女性、外国人和奴隶之间的互动。她和她的合作者利用流行的 Unity 开发平台（它是《超级马里奥跑酷》和《精灵宝可梦 Go》等热门游戏的基础）和数码照片，在金丘比特之家的庭院里搭建了一个虚拟现实模拟游戏，这座房子保存完好，位于城中一个时尚的地段。在这个场景中，玩家可以穿过这个空间，体验在尼禄统治时期观看哑剧的感觉。

在模拟环境中，玩家会感觉像是 8 位（但非常准确）版的《刺客信条》 ，玩家进入四面花园，即所谓的柱廊，罗马人在这里享受露天用餐。客人们会躺在沿着周边的沙发上用餐；表演者可能会在舞台上开始表演，舞台前是酒神和戏剧之神巴克斯的戏剧壁画。

玩家通过鼠标点击穿过柱廊花园，穿过一排排修剪整齐的灌木丛，到达中央喷泉。休斯在展示场景时解释说，观察人们“走过”这个空间有助于她推测真正的罗马唯美主义者可能会如何漫步。“我们想到了 19 世纪剧院的用餐理念，每个人都会安静地坐着，”她说，并引用了她从古代著作中收集到的信息。“我可能会站起来走动，”她若有所思地说道。使用她的模型，她可以看到这种情况可能会如何发生：人们使用哪些路径或有利位置，以及变化的光线如何影响他们坐在哪里和什么时候。

更重要的是，休斯生动再现了罗马历史上的一个社会转折点。不断变化的社会规范让戏剧进入了家庭和女性的视野。她的模型是我们窥视这个世界并了解广场之外生活的一种方式。

在未来几十年，我们用来想象地球古代文明的非侵入性技术可以帮助我们绘制外太空的新世界。“任何国家都无权改变我们试图了解和探索的地方，”NASA行星保护办公室负责人丽莎·普拉特说道，该办公室负责为该机构的探测器和着陆器制定指导方针。她鼓励工程师改进探地雷达和无人机成像等非破坏性考古工具，这样我们在遥远星球上寻找生命迹象时就不会留下任何痕迹。“这些都是用于研究地球的现成仪器，但我们希望让它们做好准备，以便发射并部署到其他行星环境中，”她补充道。

宇宙探索的变种已经在筹备中。例如，一台名为 RIMFAX 的 GPR 设备将随 NASA 的“火星 2020”任务前往火星。它不是要在那里寻找失落的文明，而是要寻找失落的生态系统。“我们希望找到可能适宜居住的环境，那里可能曾经存在过生命，”参与该探测器的多伦多大学地球科学家 Rebecca Ghent 说道。火星车将探索一个区域，科学家推测该区域可能曾经是河流三角洲，到处都是湍急的融冰溪流。他们将观察斜向沉积层的迹象，这些沉积层暗示着山洪暴发或季节性涨水溪流留下的沙子。

该探测器与美国大学巴罗恩团队用来探测庞贝城墙外埋藏道路的 GPR 设备非常相似。但在火星上，一台仪器需要扫描整个频率范围，以扫描地面地形，并希望能够探测到红色表面以下 30 英尺深处。根特认为，正是“计算机处理技巧”让他们能够调制 RIMFAX 使用的信号，并收集有关火星过去的线索。

然而，从庞贝古城这样的地方，研究人员将学到的最深刻的教训是如何在深远的时间中思考。走在有 2000 年历史的街道上，时间距离会消失，遥远的未来和遥远的过去都会被聚焦。希望我们的后代有一天能漫步在火星城市，静静地生活着那些幸存下来的生命，因为我们花时间研究了风化层，然后才钻进去。探索不再是插旗抢劫的游戏。它是为了将我们发现的东西保存下来，供几千年后的人类（或来自外星的朋友）使用。

这个故事最初发表在《大众科学》杂志的“Out There”专栏中。