新世纪如何考古：从太空开始，用卫星寻宝

编辑：造就　发布时间： 2016-3-20 10:00:00 　　文章来源：百度百家

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我跟萨拉·帕卡克（Sarah Parcak）见面是在纽约的一家高档餐厅里。她头上顶着科学家、教授、埃及学专家、人类学家等众多光环，而且还拿到2016年TED大奖的100万美元奖金。

可是她根本无心享用美食，而是把面前那盘价格不菲的沙拉当成了教学材料。在经过一番摆弄后，她把刀叉往旁边一挪，将碗径直推到我面前，开始给我上起课来。

“比方说这是我们的山丘，”她指着这碗沙拉说。“然后——”她掀起腿上的餐巾，顺势盖在这片想象中的地形上，“这就是现代废墟，把它给盖住了。”帕卡克就这样解释着她的工作，看她摆弄起餐具来这样得心应手，显然不是头一回了。

除了上述众多头衔之外，帕卡克还是一名太空考古学家。这意味着她整天都在仔细检视地球卫星图像，寻找埋藏已久的历史文物的线索。

在餐桌上的演示场景中，那个碗就是文物；纸巾就是覆盖物，而这层覆盖物可以是任何东西。她说，“任何东西一旦被掩埋，会有三种东西把它覆盖住：植被，沙土，或是一些现代建筑物。”

亚拉巴马大学伯明翰分校教授帕卡克。图为帕卡克在冰岛。

“我没法透视建筑物，”她补充说，“大家都以为我可以，但这是不可能的。”自从TED把今年的大奖颁给帕卡克，外界对她的关注就一直没有中断过，甚至还上了脱口秀节目。

美国多家全国性新闻机构，比如《纽约时报》和《华尔街日报》，都发表了她的人物传略。而最大的平台也许要数不久前的TED 年会了，她在会上发表了主旨演讲。

在18分钟的演讲中，帕卡克概述了她的“愿望”，也就是说这100万美元奖金打算怎么花。TED以其特有的理想主义情怀，鼓励获奖者敢于梦想，并专注于那些可以“改变世界”的想法。帕卡克做到了。

当被问到100万美元打算怎么花的时候，她毫不犹豫地说：“我想把世界上每一个考古遗址都找出来。”

怎么实现呢？帕卡克想把每一个人都变成太空考古学家，正在看这篇文章的你也不例外。按照她的想法，她要把搜寻遗迹变成一款手机游戏。这一想法已经在生物和化学领域取得了成功。

考古，从太空开始

太空考古学家并不是在太空中工作，他们只是用卫星拍摄的遥感图像来寻找地表以下的东西。通过这种技术来寻找考古遗址的研究人员并不多，但这个群体正在不断壮大，帕卡克就是其中一员。

这个领域诞生于上世纪80年代早期，当时，美国宇航局（NASA）雇佣了它的第一名考古学家汤姆·塞弗（Tom Sever）。在过去十年中，随着卫星图像分辨率的提升，考古发现的数量明显增长。

据TED称，在帕卡克的帮助下，科研人员光是在埃及就发现了17处可能是金字塔的考古遗址、3000多处聚落遗址以及上千处墓冢。用她自己的话说，她比印第安纳·琼斯还要厉害。

“我比他厉害，我画出了塔尼斯（Tanis）遗址的地图，”她说。塔尼斯是座一度失落的埃及古城，因为《夺宝奇兵》电影而出名。帕卡克虽然并不是太空考古的开山祖师，但也许是其中最出名的一个。

按照她多年的同事、美国橡树岭国家实验室资深科学家德文·怀特（Devin White）的说法，帕卡克之所以有这么高的知名度，一方面是因为她的工作能力，而且她也是这种技术的早期传播者，另一方面，她选择了埃及，这一点也很重要。“她这个研究领域目前在全世界都非常受重视。”怀特说。

虽然每一位太空考古学家的工作方式都略有不同，但目标都是一样的：处理卫星图像，提高其辨识度，发现肉眼通常无法识别的东西,比如被埋在地下的金字塔、山丘以及墓冢。

这种技术也会有一定的误导性。“大家都以为我能透视到地下，”帕卡克说。“但其实不行。”她能观察到的只是地面上的细微差异，而这些差异能透露出地表下的信息。

帕卡克解释说，如果你观察谷歌地图的图像，或许也能看出某些隐隐约约的痕迹，这些蛛丝马迹会“出卖”地下埋藏的遗迹。但谷歌地球的照片非常粗略，而帕卡克工作时用到的大部分图像都来自DigitalGlobe，这是一家高分辨率卫星图像提供商。

她可以放大某一区域，对图像进行处理，然后分析肉眼看不到的电磁频谱所透露的信息。

人类的眼睛只能处理可见光，但帕卡克会利用近红外线和短波红外线，它们透露出的信息能让帕卡克梳理出原本容易被人忽视的细节。

虽然帕卡克在全世界很多地方都工作过，但最令她着迷的还是埃及。她对公元前2000年到公元前1700年的中王国时期尤其感兴趣。在寻找新的考古遗址时，帕卡克会选取约6米到15米见方的地块，然后加上滤镜，用不同的电磁频谱来观察每张图像。

她寻找的是能透露地下埋藏物的地面特征。一种地标性的线索是地表植被的生长状况。地下埋藏的建筑物往往会阻碍地表植物的生长，形成某种“不毛区”。这个“不毛区”会呈现出地下建筑物的棱廓，用肉眼无法看到，但使用短波红外线摄像却可以。

在埃及这样的地方，植被非常稀疏，卫星图像可以帮助帕卡克区分自然生长物和人造材料，比如许多墓冢所用的泥砖。

她掏出手机，给我看开罗南部的一处遗址。这幅卫星图像的分辨率大概是30厘米，也就是说，你可以从600多公里处的高空分辨出一件平板电脑大小物体。“看这里，”她一边说，一边指着几条模糊不清的竖线。

“如果我不告诉你，你也许可以看出来，也许看不出——每个人的观察方式都略微不同，”她说。话虽如此，但这并不是肉眼会去自然关注的地方。”如果你从上面走过，它就是一片平坦的沙漠，地面上什么都没有。”接着帕卡克翻出处理后的图像。

新图像中，土壤的硬质边缘和变异性都一览无余，就好像在第一张图片上加了一个高对比度的Instagram滤镜。在图像右上角，她之前指出的模糊竖线变得更加清晰；土壤变异度最高的地方，像素会最清晰，因为墓冢泥砖的密度要比沙土的密度更高。“这是一座古墓，”她说，“这样就一清二楚了。”

处理后的卫星图像仿佛是把沙子都拨开了一样，但正如怀特所说，“并不是直接看到地下的遗迹。

这份工作就是寻找那些导致环境出现改变的东西，这种改变是可重复、可探测到的。”怀特说，他和帕卡克都成长于本世纪初，对那时成长起来的太空考古学家来说，当时的卫星技术已足够成熟，从而为这类研究提供了条件。

但并不是说，以前的考古学家没尝试过这种方法，他说。“只要有考古遗址的鸟瞰图，我们都会加以利用。”他说。但早期的卫星图像实在太粗糙，派不上多大的用场；每个像素代表大约6500平方米的区域。“这相当于一整片遗迹——这还只是一个像素而已，” 怀特说。

如今，分辨率已大幅提升，这一技术上的飞跃为帕卡克及其同事的研究工作注入了动能。帕卡克解释说，成功的标准并不在于有多少考古发现，而在于排除干扰，收集信息。

“按照卫星图像进行考古勘察或挖掘时，我们总能有所发现。”她说。有了卫星的帮助，寻找考古遗址的成功率提高了很多，大大减少了人力物力的浪费。“遥感技术并没有取代实地考察的必要性，但在最近的案例中，由于它的存在，我们对古代社会的理解出现了快速而重大的转变。”怀特说。

“大量新发现的遗址，加之对现有遗址的了解得到扩展，旧有的理论、假说、模型以及方法被一一打破。作为一名考古学家，这是一个激动人心的时代。”

卫星寻宝也能众包

尽管技术在进步，但太空考古还是需要大量的人力投入。算法也许能探测到地表的变异，但还不足以辨别这些图形意味着什么。因此，这里就需要人类的介入。

但相比起机器，靠人力来辨别图像的速度会慢很多。帕卡克可以在大约5分钟内扫完46平米左右的卫星图像，但数据再多一点的话，她的团队可能就要花上一个多星期去研究了。

另外，并不是每一个与众不同的地表特征都意味着新的考古发现；有时，“不毛区”就真的是“不毛区”，地下什么都没有。

“你看到的每一个成功都徘徊在一大堆无用功的边缘。” 帕卡克说。也就是说，和大多数科学事业一样，她的工作也是一个系统化的试错过程。

这也需要巨大的时间投入——但帕卡克认为，回报是丰厚的。她估计，单是在尼罗河三角洲一带，目前已发现考古遗址还不到总数的0.001%，至于世界其他地方有待发现的遗址有多少，更可想而知。“考古是一个缓慢而艰辛的过程，”她说，“这种情况必需得到改变。”

帕卡克想加速考古发现的进程，至于具体怎么做，这和她的TED获奖心愿息息相关。她想做一款众包式的大众科学游戏，任何人都可以在卫星图像上寻找考古遗址。她实际上是想把最枯燥乏味的任务——寻找图像中的与众不同之处——外包出去。

“说白了就是让大众去充当并行处理器。”怀特说。这个平台目前还在开发之中，但它的模式已然清晰：用户登录后会拿到一张卡片，上面有一片大约50米见方的区域。卡片不会泄露地点信息，以免给盗墓者可乘之机。

游戏会向玩家提供一幅帮助决策的树状图，在玩家观察画面时提出一些引导性问题，例如：你在图像中看到了什么？

你看到植被了吗？

看到现代建筑了吗？

还看到其他东西了吗？

接着进一步细化：

它是圆形还是方形？

是不是盗墓贼留下的坑洞？

帕卡克计划在玩家的卡片上给出示例，告诉他们盗洞是什么样，抑或是古墓和金字塔是什么样。

依据处理方式的不同，玩家的卡片也会呈现出不同的效果。

如果有足够数量的玩家认为他们看到了同样的东西，帕卡克和她的团队会将这类图片归档，作为备选发掘遗址。

至于需要有多少人表达同样的意见，才能让一张图成为有用的数据，他们还在进一步研究中。

帕卡克说，一旦发现一个遗址，她会跟其他考古学家共享这些数据，但前提是他们必须承诺，会通过在线语音、照片、视频直播等渠道，让参与发现这一遗址的人们也能走进考古现场。

帕卡克所设想的游戏与Fold It、EyeWire以及Galaxy Zoo有着异曲同工之妙，这三款应用分别将与蛋白质折叠、神经元结构以及星系分类有关的研究以游戏方式众包出去。而且它们已经产生了新的科学发现，甚至还登上了《自然》杂志这样的权威科学期刊。

这些游戏都很成功，但可以想见，帕卡克的游戏对大众科学界来说会更加具有吸引力——每一个想成为印第安纳·琼斯或是女侠劳拉的人，都能参与到考古中来。

加之合适的引导界面，进入门槛也大大地降低。为了增加公众对考古的兴趣，帕卡克做出了一系列尝试，其中最新、也是寄予最大希望的一次尝试便是将她的工作变成一种游戏。

考古这种事情，相比网红、明星之流，在老百姓中的传播度毕竟还不够。但幸运的是，帕卡克有着完胜同行的媒体经验。

帕卡克回想起她第一次面对镜头介绍考古学的情景。

当时，她刚刚绘制出塔尼斯古城遗迹的轮廓图，BBC正好在拍摄一部关于塔尼斯的纪录片，于是请她参加了两天的媒体训练营，用她的话来说，她当时“很崩溃”。“他们的态度就好像是，‘你真觉得你很牛？那行，把你的知识说给我听听。’”

她回忆说：“我试了一试，结果发现，假如把这些话说给外行听，只能让他们两眼发直。”虽然考古发现的价值并不为媒体舆论所左右，但帕卡克相信，向世界传递考古知识的重要性丝毫不亚于考古发现本身。

再说，她现在需要公众的帮助，所以重要的不只是让公众理解她所从事的事业，还要引起他们的关注，点燃他们参与进来的热情。

帕卡克恰好就很适合这份工作。作为一名考古学的传播者，她喜欢借用形象化的比喻，以此让更多的人了解这门学科。我问她，太空考古学一词是否准确，她说，别人也提出过类似的疑问。

“于是我试着介绍说，‘我是一名图像分析师，分析对象是拍摄于对流层中段的多频谱、高分辨率的古代地面景观。’”她说。“于是台下睡倒一片。我已经不介意这些了。我就是一名太空考古学家，也是地面景观考古学家，还是埃及学家以及人类学家。很多人都这样，有一大堆头衔。”但她的使命不在于拿到这些头衔。用她的话说，她要“让全世界都对考古学感到兴奋。”