衛星發現的記憶：「太空考古學」如何改變人類歷史？

左为《普罗米修斯》电影剧照中手捧地球影像的大卫、右为近年被发现的纳斯卡线猫咪。 图／《普罗米修斯》、美联社

▌本文摘自《我从太空考古：横跨4大洲╳12国，从千年宫殿、古墓、聚落到隐藏的金字塔，透过卫星影像发掘传统考古难以企及的人类历史与记忆》（脸谱出版，2021）

乍听「太空考古学」一词，可能会觉得考古学的分支领域取这么科幻的名称十分荒唐可笑。听起来好像是我们在找火星上曾有外星人居住的证据，或来自外太空的箭镞，或什么小绿人木乃伊。这些无疑会是太空生物学家（astrobiologist）有兴趣的题材，但是太空考古学家却是透过太空中的卫星，回过头将眼光投在地球上。

藏在地下的是故事而非物件，它们断断续续不成篇章，考古学家的职责是将它们哄骗劝诱出来，再织出完整文章。面对一片毫无遗迹现象的褐黄淤泥，或现代田野，或茂密雨林里的土丘，挑战在于从何处起头。太空考古学的发展，正是为了回答这个问题。

▌考古学的困境与「太空考古学」的发明

考古学家的使命是发掘，但每年待在田野的时间顶多数个月，除非是为文化资产管理公司工作，或受聘担任政府文化部门的考古学专家。就连印第安纳．琼斯都曾在学校教书。由于考古发掘行动的时程仓促且经费拮据，意味着考古计划中所耗费的每一刻、支出的每一分钱，都必须经过缜密规画：若是经费来自公部门的严谨考古计划，主持人绝不希望季度结案报告中提不出任何成果。

大多数考古学家或许会矢口否认，但他们确实会向古往今来各路可能保祐他们发掘顺利成功的神佛祈祷。姑且不论出乎意料的发现，考古学家仰仗各式各样的方法来推测地下究竟藏了什么。

最简单的方法是「步行调查」（fieldwalking）。要了解一处遗址或一个区域地表遗存的改变情况，方法之一是单独或成群沿着间距相等的线条步行勘查。炉渣是金属冶炼产业的副产物，忽然密集出现的炉渣表示该处可能曾是工业区。同时发现细小石灰石屑片和骨骸碎片，表示该处可能是豪华墓园，石灰石碎片则来自石棺或陵墓建筑。成堆的较大石灰石碎片，同时也许还可发现完整或残缺的刻字石块，表示该处可能有许久之前崩坍毁坏的宗教建筑或宫殿建物。如发现任何古代陶器或其他遗存，则明显指示底下不同地层分属哪些时期。

步行调查——跟有蹄类动物一样脚踏实地——可能是遗址调查中很重要的一步，但只有从空中鸟瞰才能看见全貌：不只是看见单一遗址，还看见遗址与周围地景之间的关系。空拍照是评估古代遗址时非常宝贵的佐证，而现今利用无人机拍摄的照片可说精采非凡。然而，从空中更高的位置，例如从国际太空站（International Space Station）上方两百英里处拍下的影像，为考古学开拓出太空考古学这个分支领域，让我们对于过去的理解，以及对于日后考古发现之潜力的理解都从此不同。

图为2011年5月，这幅 NASA提供的卫星影像，显示了被掩埋的埃及古城中的街道和房屋。 图／法新社

▌太空考古学如何运作？

当考古学家为了评估现代地景，找出埋于地底的河川或古代遗址所在位置，凡是申请任何形式的高空或太空拍摄影像资料，就属于「太空考古学」的范畴，也称为「卫星考古学」（satellitearchaeology）或「卫星遥测」（satellite remote sensing）。之所以称为「太空考古学」，归根究柢，美国太空总署也有错。美国太空总署于2008年展开「太空考古学计划」（“Space Archaeology”program），资助进行大规模考古研究的科学家申请卫星影像资料集。连美国太空总署都指称我从事的是「太空考古」，我又有什么资格不表赞同呢？

解读卫星影像既是科学，也是艺术。所有遥测专家一开始都必须先学习光的语言，要学会并不容易：电脑萤幕上一张看起来简单的高解析度照片，其实一点都不简单。影像中的每个画素，都代表地面上一个确切的区域。构成画素的光包含的不只有光谱上的可见光，依据不同的卫星影像拍摄系统，可能还包含近红外光、中红外光和远红外光。

再者，地球表面上的所有物体各自具有独特的化学特征（chemical signature），会影响物体所反射的光：就像是我们的签名各有不同特色，不同材料在光谱上也会以独特的方式呈现。举例来说，沙地在卫星影像里看起来和森林大不相同。我们用肉眼就可以很轻易看出差异。而如果需要区分一座森林里头不同的树种，不同的化学特征此时就能派上用场：一片橡树林呈现的化学特征与一片松树林就有所不同。两片树林在我们眼里可能同样是绿色，但是利用光谱上不同的红外光区呈现出植被健康情况的细微差异，我们就能察觉颜色其实有所不同。

遥测专家可以借由在影像中添加「假色」来夸大这些差异，突显个别类型的地表遗迹现象。在遥测程式（类似比较有个性的Photoshop 色彩取代功能）中，可以选择为任一群画素加上想要的颜色。一般会建议使用者选用与真实世界中对应类型相似的颜色，例如植被就用绿色调，建筑物用灰色，泥土用褐色，但你可以自行选用任何颜色。有些在研讨会上展示或研究论文里附上的卫星影像，看来像是服食迷幻药后的幻游场景，但更难看。

科学家使用分析软体探勘分析卫星照下的遗址照片。 图／截取自国家地理频道

▌一切始自热气球和飞机

确切说来，最早有人从空中平台观看的古代遗址之一是巨石阵（Stonehenge）。这处著名的新石器时代（Neolithic，西元前约2500年）遗迹由呈环状排列的巨石构成，屹立于英格兰南部一片草原上，是现代异教徒夏至时最钟爱的地方。1906年时，驻扎在巨石阵附近的英国皇家工兵部队热气球分队（Royal Engineers’ Balloon Section）的菲利浦．亨利．夏普中尉（Lieutenant Philip Henry Sharpe）搭乘系留的热气球，升空拍下三张遗址的照片。

三张照片不久后即由《伦敦文物学会会刊》（Society of Antiquaries）刊登，公开之后轰动一时。考古学家能够从照片中看出遗址与周围地景的关系，而地面上可疑的深暗斑块表示可能还埋藏着其他古代遗迹。从高空向下俯瞰，全新的世界由此展开。

英国皇家飞行军（Royal Flying Corps）于一战期间成立，元老级飞行员飞越欧洲和中东，他们的行动中最至关紧要的任务，是拍摄空照图供军方用来确定火炮射程和敌军位置。当年用于部署攻击行动的前线照片，如今成了重要的考古学资料。之后又有绰号很妙的「飞天修士」（the Flying Priest）安托万．普瓦巴神父（AntoinePoidebard），他在1925到1932年间驾驶一架双翼飞机飞越叙利亚和黎巴嫩的大片区域上空，拍下了许多古代遗址空拍照。

左为英国摄影师沙尔伯特（Cecil Shadbolt）拍摄的英国伦敦北部 的鸟瞰图，显示了石桥路、史丹佛山，这张照片拍摄于 1882 年 5 月 29 日从热气球610公尺高处拍摄，是英国现存最早的航拍照片。右为法国讽刺漫画家杜米埃（Honoré Daumier）的作品，指这些最早搭乘热气球拍摄航拍照的摄影师，将会改变看待世界的方式。 图／维基共享

1906年，夏普中尉搭乘热气球所拍下的巨石阵遗址。 图／爱尔兰考古学会推特

除了这些宝贵的早期照片，他也为中东地区的航空考古学（aerial archaeology）奠立基础，强调在让古代建筑物清楚显现时，时机的掌握至关紧要。例如上午时地面湿气较重，拍摄的影像能够显露较多的遗址，而下午时地面较为干燥，影像中呈现的颜色就较为一致。

同时在英格兰，人称O. G. S. 克劳福（O. G. S. Crawford）的欧斯伯．盖伊．史丹霍．克劳福（Osbert Guy Stanhope Crawford）首开先例，利用航空摄影拍摄长期有人居住的地景。他曾在一战时期于英国皇家飞行军服役，后来进入英国地形测量局（Ordnance Survey）担任考古人员。

克劳福在一战时期一度遭德军俘掳，成为战俘期间完成了《其人及其往事》（Man and His Past），这本重要著作阐明了地图在定义文化上的重要性。克劳福被新一代的英国考古学家暱称为「欧吉叔」（Uncle Ogs），他在英国各地找到数百处先前未曾发现的遗址。即便到了今日，他拍摄的所有英国空照图仍是考古学研究的宝贵资源。

图／法新社

2019年展出的古埃及猫。 图／法新社

▌从二战到太空时代

二战之后，随着考古学家和其他科学家逐渐认知到新兴的彩色影像与红外光成像技术的可贵，遥测科技也历经革命性的发展和突破。事实上，我的外祖父哈洛德．杨恩教授曾在一九五○年发表的论文中写道：「空拍照在林学研究中的运用，还处在相对来说尚显青涩的发展阶段。目前有很多研究人员努力想要厘清空拍照的局限，以及可以有效利用空拍照的多种方法。彩色摄影发展上的可能性目前还罕有人知。」

这不过是70年前的事。如今，我们已经有了3D扫描技术，还能在遗址现场用手机拍摄红外线热影像。仅仅两代的时间就发展出这些科技，在人类历史上不过是一霎之间。在外祖父那个年代，考古学家能够取用数千数万张军方拍摄的欧洲和中东影像，用以规画新的调查计划。

在开山祖师如剑桥大学教授约翰．肯尼斯．圣约瑟（J. K. St Joseph）的引领之下，空拍照成为标准的考古工具。圣约瑟原本研究地质学，于二战时在英国飞机制造部（Ministry ofAircraft Production）服役期间接触航空摄影。战后他利用英国皇家空军（Royal Air Force）进行飞行训练的机会，在各地拍摄大量地景空照图，留下超过30万帧摄影作品给剑桥大学。他讲课时会辅以大量精采迷人的图片，但讲话的方式让他成了大家口中的「圣人约瑟」（Holy Jo）。只有圣人能居高临下说教。

圣约瑟在英国诺福克拍摄下的格兰姆斯燧石矿井（Grime's Graves）照片，这是英格兰地区重要的新石器时代燧石矿场 图／维基共享

各界对于航空摄影的兴趣愈渐浓厚，终于促成1963年的首次航空摄影国际研讨会，圣约瑟本人则在1966年出版了一本具关键地位的巨著：《航空摄影的运用》（The Uses of AirPhotography）。随着新的军用火箭计划问世，考古学家得以将眼光拉得更高更远，名副其实地监看一切古老和新颖的事物。

美苏两国当年展开太空竞赛，没想到为今日的考古学家带来意想不到的结果。美国于1950年代开始筹划「日冕」、「挂绳」（LANYARD）、「氩气」（ARGON）等最高机密间谍卫星计划，于冷战时期侦察记录苏联的活动。1960到1972年间，摄影系统由火箭载送升上外太空，拍下地球表面大范围区域的高解析度黑白照片。拍摄完成的底片置于胶囊中，以降落伞载送回地球，由一架特别设计的飞机负责在空中回收。照片的解析度达到破天荒的每画素一点八公尺，而且有助于摹绘出开发中国家在1960到70年代人口大幅增长之前的样貌。

自从比尔．柯林顿总统于1995年下令将这些资料集解密，任何人都可以支付少许费用取用这些影像，这批资料集也是我在教遥测技术时最爱向学生展示的资料集。美国政府的档案典藏专家已经将这批影像资料完全数位化，但在2000年代初期时，资料形式仍是长度超过一公尺、宽十公分的黑白负片胶卷。我很喜欢像1950年代电影里演的一样，将胶卷拉开来拿高凑近眼前像间谍一样察看，我的学生也热爱这么做——他们现在大多对着电脑萤幕进行研究，有机会亲自动手会多一些乐趣。

图／法新社

图为2007年乌克兰发行的邮票，图中是苏联第一枚发射成功的卫星史普尼克一号，旁边为工程师科罗列夫（Sergei Korolev ）以及火箭科学家格鲁什科（Valentin Glushko）。 图／维基共享

图／维基共享：图为2007年乌克兰发行的邮票，图中是苏联第一枚发射成功的卫星史普尼克一号，旁边为工程师科罗列夫（Sergei Korolev ）以及火箭科学家格鲁什科（Valentin Glushko）。

▌美国太空总署卫星的演进革新

美国历史于1960年代大事频传，陆续发生暴动、示威、游行、越战、登月竞赛，以及号召女性「烧掉胸罩」的妇女解放运动。改变的风潮也慢慢渗入学术界。当时美国已经开始进行气象卫星相关实验，例如于1960年发射的泰洛斯卫星（TIROS，全称Television InfraredObservation Satellite，意为「红外线电视观测卫星」）。泰洛斯卫星就像是一台很沉重的小电视机，体积与今日的卫星相比显得十分迷你，仅仅运转了78天，但是让科学家看到以卫星捕捉地球表面资料的潜力。

在泰洛斯一号成果的鼓励之下，美国太空总署大胆打造了更多颗泰洛斯卫星：泰洛斯七号卫星进行了长达1,809天的观测作业，在1968年停止运作之前，总共拍摄了三万张卫星云图。美国于1964年开始筹划，希望设计出能够绘制出完整地球表面的成像系统。

非常神奇的是，美国太空总署已将收录数百万幅卫星影像的资料库开放给公众免费使用。到目前为止，我想必已经使用过价值数十万美金的资料。没有这些资料，我根本无法进行研究。陆地卫星一号上装设了多光谱扫描器，可记录电磁波谱上的绿光段、红光段和两种红外光波段资料，解析度为80公尺。

促成计划的科学家认为，这是美国太空总署目前为止对于全世界最伟大的贡献。我们可以在今日的七旬老人爱用的彩虹头带和平符号中追溯这个意旨：

透过卫星，全世界第一次看见陆块之间并无真正的疆界。

图／法新社

《我从太空考古：横跨4大洲╳12国，从千年宫殿、古墓、聚落到隐藏的金字塔，透过卫星影像发掘传统考古难以企及的人类历史与记忆》

作者： 莎拉．帕卡克

出版社：脸谱出版

出版日期：2021/7/1

内容简介：「太空考古学」，这个词乍听虽然有点科幻、令人感到不真实，却是考古学界的现在进行式，指的是考古学家透过分析卫星影像，精准找出潜在遗址的新兴研究领域。在过去，一处遗迹的发现往往需要耗费大把时间研究文献资料或者需要一点运气，但如今透过观察卫星影像上的阴影、植物的生长情形，考古学家便能更精确、快速地辨识深埋在地下的遗址，像是拥有透视眼一般。