深海考古，科幻成真
中國(guó)新聞周刊記者/倪偉
發(fā)于2024.2.26總第1129期《中國(guó)新聞周刊》雜志
身為女性，董佳馨在海底顧慮更多。最大的麻煩是如廁，三個(gè)人幾乎就將狹小的潛水器艙室擠滿了，另外兩個(gè)潛航員還都是男性，雖然帶著小便袋，也不便使用。于是，下水前一天開始，她就不再喝水，也不敢吃太多東西，怕鬧肚子。
董佳馨是國(guó)家文物局考古研究中心助理館員，25歲，2023年剛從北京師范大學(xué)陶瓷考古方向研究生畢業(yè)。兩個(gè)月后，她就作為深�？脊抨�(duì)的一員進(jìn)入南海。在距離海南島150公里的海面之下，沉睡著兩艘明代沉船——南海西北陸坡一號(hào)、二號(hào)沉船。
這是中國(guó)第一次深海考古的現(xiàn)場(chǎng)。
“我是一個(gè)特別能上廁所的人，所以我比任何人都緊張�！�2023年9月下旬，下水前一天晚上，她失眠到深夜。第二天，從上午8點(diǎn)進(jìn)入潛水器，到下午2點(diǎn)完成她承擔(dān)的文物提取任務(wù)，一切順利。就在完成作業(yè)的一瞬間，尿意突至。從那時(shí)起，到5點(diǎn)半上浮到海面，“那段時(shí)間，可痛苦了”。
她乘坐的“深海勇士”號(hào)載人潛水器艙室狹窄，只能容得下三人，為了節(jié)約空間，艙內(nèi)不設(shè)座椅。她在艙里席地而坐，保持這個(gè)姿勢(shì)長(zhǎng)達(dá)八九小時(shí)，當(dāng)她出艙、站上母船的甲板時(shí)，幾乎站立不住。
2023年5月至6月和9月至10月，國(guó)家文物局考古研究中心、中國(guó)科學(xué)院深�？茖W(xué)與工程研究所(簡(jiǎn)稱中國(guó)科學(xué)院深海所)、中國(guó)(海南)南海博物館聯(lián)合對(duì)西北陸坡兩艘沉船進(jìn)行了兩個(gè)階段考古調(diào)查，在兩個(gè)階段的深�？脊抛鳂I(yè)中，一批考古工作者首次乘坐“深海勇士”號(hào)潛入約1500米深的南海海底，下潛41次。
這艘著名的潛水器，為深�？脊排渲昧艘幌盗行卵b備。不論對(duì)于考古隊(duì)，還是科技團(tuán)隊(duì)，這個(gè)成果豐富、過程趣味橫生的項(xiàng)目，僅僅是一個(gè)開始，也是一次技術(shù)探索。
菜刀和手術(shù)刀
董佳馨進(jìn)入海底的任務(wù)是提取文物。她手里有一沓打印的圖片，是在母船“探索二號(hào)”上已經(jīng)確定好要提取的文物的照片。她向駕駛潛水器的潛航員指認(rèn)，潛航員操作機(jī)械手，將文物小心翼翼抓取到采樣籃里。
“深海勇士”號(hào)的兩條機(jī)械臂尾端連著機(jī)械手，一只是金屬制成，另一只為了此次任務(wù)專門升級(jí)為柔性材料，套上了一層柔軟的橡膠，用來“握住”文物，避免金屬直接觸碰文物表面。考古隊(duì)員稱它們?yōu)椤坝彩帧焙汀败浭帧薄?/p>
對(duì)每一件提取的文物，董佳馨都要記錄位置、狀態(tài)，以及提取過程的視頻�！暗糜涗涍@是第幾個(gè)拿上來的，幾點(diǎn)幾分拿上來的，在哪一個(gè)位置……還有少數(shù)計(jì)劃外臨時(shí)決定提取的，要在圖上標(biāo)記好位置�！倍衍皩�(duì)《中國(guó)新聞周刊》說，這是考古工作的工作規(guī)范，與陸地上的田野考古一樣嚴(yán)格。
考古隊(duì)對(duì)于遺址狀態(tài)的保護(hù)要求苛刻到“不近人情”。提取文物時(shí)，他們要求不能對(duì)周邊其他文物的位置產(chǎn)生擾動(dòng)，所以機(jī)械手必須像穿繡花針一樣小心。為了不對(duì)周邊環(huán)境造成改變，“深海勇士”號(hào)盡可能不直接坐底執(zhí)行操作，避免在遺址區(qū)留下痕跡，潛水器只能全程懸空作業(yè)。
不僅如此，潛水器近底航行時(shí)，螺旋槳會(huì)吹起泥沙，如果泥沙落在文物上，讓文物“蒙塵”，遺址原始狀態(tài)也會(huì)造成人為改變。潛航員們通過多次測(cè)試，確定遺址區(qū)離底高度、航行速度控制范圍和螺旋槳轉(zhuǎn)速，保證螺旋槳不向下吹動(dòng)泥沙、激起揚(yáng)塵。
深�？脊诺木�(xì)要求，起初讓陳傳緒十分驚訝。陳傳緒是中國(guó)科學(xué)院深海所深�？茖W(xué)研究部副主任，也是此次南海西北陸坡一號(hào)、二號(hào)沉船考古調(diào)查發(fā)掘項(xiàng)目航次的首席科學(xué)家。他從2019年參與潛水器上的工作，執(zhí)行過多次載人深潛科考、深海裝備搜尋回收等種種任務(wù)，但從未見過對(duì)測(cè)繪和水下操作要求如此精細(xì)的場(chǎng)景。
“記得2020年，我們?cè)趫?zhí)行一次搜尋回收任務(wù)時(shí)，潛航員操作機(jī)械手在水下穿纜系纜，大家看視頻時(shí)感慨那是‘穿針引線’。但當(dāng)時(shí)的搜尋回收任務(wù)，與現(xiàn)階段深�？脊诺淖鳂I(yè)要求相比，打個(gè)比方，就像是切菜和做手術(shù)的區(qū)別�！� 陳傳緒對(duì)《中國(guó)新聞周刊》感慨道，“截至目前，‘深海勇士’號(hào)已經(jīng)累計(jì)下潛近700次�；仡^看，我們的潛水器平臺(tái)、載荷和操控作業(yè)技術(shù)都在應(yīng)用中不斷迭代”。
對(duì)于操作要求極高的水下文物提取，此次只安排了兩名資深潛航員進(jìn)行操作，他們的下潛次數(shù)均超過100次。而達(dá)到百潛的潛航員，全國(guó)不超過5人。
此次深海考古任務(wù)，主要分為測(cè)繪和文物提取兩部分。目標(biāo)是通過測(cè)繪完成遺址水下真實(shí)場(chǎng)景三維圖像重建，并提取1000件左右文物樣本。一個(gè)考古項(xiàng)目的工作順序，是先測(cè)繪，再發(fā)掘，通俗來說，先要看到遺址全局的樣子，再動(dòng)手提取文物，保證每個(gè)文物的位置能夠得到記錄和復(fù)原。
深�？脊抨�(duì)遇到的第一個(gè)問題，就是高精度的測(cè)繪。
攝影測(cè)繪圖都是由大量圖片拼接而成，每?jī)蓮垐D片之間重合度越高，拼接精確度就越高。由于海底一片漆黑，打開潛水器的全部燈光，也只能照射到10米左右，一張照片往往只能拍攝5至6米的范圍。照片重合度如果要求30%到50%，就需要兩次拍攝的位置偏差不超過3米，然而，傳統(tǒng)聲學(xué)定位技術(shù)，在1500米海底會(huì)有兩三米的誤差，無法滿足精度需要。
在海底，潛水器按規(guī)劃走直線都不是一件易事。因?yàn)檠罅鲿?huì)推著潛水器跑偏，潛水器需要不斷調(diào)整方向，依據(jù)就是定位和導(dǎo)航。整個(gè)遺址的核心區(qū)和散落區(qū)有數(shù)百米長(zhǎng)，駕駛長(zhǎng)9米、寬3米的潛水器，沿直線駛出500米，偏差不超過3米，要求極高。
“深海勇士”號(hào)上配備了超短基線定位系統(tǒng)，用來為自身定位。潛水器通過超短基線設(shè)備向母船發(fā)出信號(hào)，母船的“耳機(jī)”接收后，解析信號(hào)，再發(fā)送回潛水器，告訴潛水器它在哪兒。一來一回間，計(jì)算時(shí)間差和信號(hào)傳播速度，就可以得出潛水器的方位。但潛水器接收到母船解析后反饋的信號(hào)，要等待約一分鐘，所以收到的總是一分鐘之前的位置，而按照一節(jié)(每小時(shí)1海里，每秒約0.5米)的速度，這一分鐘它在海底可能又行走30米了。
在日常的海底移動(dòng)勘查，或者對(duì)精度要求不太高的任務(wù)中，潛水器配備的超短基線定位就夠用了。但考古項(xiàng)目對(duì)精度要求極高，一分鐘的時(shí)差，就會(huì)差出整艘船的尺度。解決的方案是，“深海勇士”號(hào)水下定位導(dǎo)航配備了長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)。
長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)需要在海底布放4個(gè)信標(biāo)，位置在沉船的不同方位。這些信標(biāo)就像是母船上的“耳機(jī)”，從水面移到了海底。潛水器發(fā)出信號(hào)后，海底的信標(biāo)接收到，立刻進(jìn)行解析和反饋，幾秒之間就能為潛水器定位。利用長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)，水下位置的更新率從以往的60秒提高至3秒，潛航員的導(dǎo)航時(shí)延大大降低。
西北陸坡沉船考古的第三階段將于2024年進(jìn)行，這也是最后一個(gè)階段。陳傳緒說，之前有些技術(shù)設(shè)想沒來得及實(shí)現(xiàn)，他們將繼續(xù)探索，如果來得及，或許會(huì)在第三階段實(shí)施。
比如，浸泡數(shù)百年的金屬器比瓷器更為脆弱，直接抓取容易破壞表面甚至碎裂。他們計(jì)劃制作小型沉箱，將器物和周邊淤泥整體切割進(jìn)沉箱中，打撈出水后，再由文保人員提取。
在二號(hào)沉船的遺存中，考古人員發(fā)現(xiàn)了一根大型木頭，疑似沉船的主桅桿。在沉船的絕大部分船體已經(jīng)被海洋生物侵噬之后，這或許是唯一一個(gè)重要的船體構(gòu)件。這根木頭超出了“深海勇士”號(hào)的提取能力，如果要打撈上岸，或許會(huì)使用一個(gè)看似常規(guī)卻有如電影大片級(jí)的辦法——“我們會(huì)嘗試母船和潛水器配合，從母船上布放纜線到海底，直接將木頭吊上來。”陳傳緒說。
暢想海底考古直播與海底遺址觀光
每天下午2點(diǎn)半，海底的“深海勇士”號(hào)正在工作的同時(shí)，母船的會(huì)議室里準(zhǔn)時(shí)召開科學(xué)例會(huì)。例會(huì)上要確定后一天的工作目標(biāo)。雖然出發(fā)前已經(jīng)制訂了工作計(jì)劃，但計(jì)劃總會(huì)被改變，因?yàn)楦鞣N突發(fā)狀況層出不窮。
“比如，有時(shí)測(cè)繪的數(shù)據(jù)后期處理遇到瓶頸了，需要停一停，那我們也不能閑著，就把提取文物安排到前面來，保證海上的工作效率�！标悅骶w說，“好在潛水器很穩(wěn)定，能保證每天8點(diǎn)上班、下午6點(diǎn)回來，平臺(tái)穩(wěn)定，才有各種迭代和試錯(cuò)的機(jī)會(huì)�！�
母船上，整支深�？脊抨�(duì)一共近30人，由國(guó)家文物局考古研究中心、中國(guó)科學(xué)院深海所、中國(guó)(海南)南海博物館三家單位聯(lián)合組成。隊(duì)員專業(yè)來源很廣，包括考古學(xué)、文物保護(hù)、地球物理探測(cè)、海洋地質(zhì)、海洋生物、機(jī)械電子等領(lǐng)域。
中國(guó)科學(xué)院深海所于2011年籌建、2016年5月正式投入運(yùn)行，國(guó)家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心(國(guó)家文物局考古研究中心前身)于2014年成立，兩家新成立的機(jī)構(gòu)在2018年實(shí)現(xiàn)合作，共同成立了“深�？脊怕�(lián)合實(shí)驗(yàn)室”。
2018年，“深海勇士”號(hào)正式投入使用，第一個(gè)乘坐它正式開展科考的專家，是國(guó)家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心副主任、研究員宋建忠�！爸埃覀兝碚撋现滥虾５纳詈？隙ㄓ谐链�，但那時(shí)候，中國(guó)還沒有載人潛水器，你知道有也沒用，因?yàn)槟氵M(jìn)入不了深海。”宋建忠對(duì)《中國(guó)新聞周刊》說。
如今，宋建忠成為南海西北陸坡沉船遺址考古調(diào)查發(fā)掘項(xiàng)目領(lǐng)隊(duì)、首席科學(xué)家，數(shù)次乘坐“深海勇士”號(hào)下潛至兩艘沉船所在位置�！白钪匾募夹g(shù)突破就是載人潛水器，”宋建忠說，“沒有潛水器之前，南海這么大區(qū)域，平均深度1212米，我們都去不了海底。首先是你得能進(jìn)入深海，才能談對(duì)深海資源的考察和獲得�！�
載人深潛技術(shù)為深海考古提供了可能，而考古的高精細(xì)化要求，則提供了一個(gè)契機(jī)，讓一系列深潛技術(shù)更為精進(jìn)。
“考古測(cè)繪是一個(gè)集大成的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)深海定位導(dǎo)航技術(shù)、水下燈光布局、相機(jī)封裝控制、潛水器的操控技術(shù)等等，都要求得適配。文物提取，對(duì)機(jī)械手的研發(fā)、機(jī)械液壓、力反饋技術(shù)等提出了很高要求�！标悅骶w說，“測(cè)繪和提取是考古工作者的兩只手，我們要保證這兩只手技術(shù)都要硬�！�
去年5月至6月，當(dāng)考古隊(duì)員于海底1500米發(fā)掘文物時(shí)，在400公里高的天宮空間站里，也有一名科學(xué)家在執(zhí)行科研任務(wù)。一名科學(xué)家與兩名航天駕駛員、飛行工程師的搭配，與“深海勇士”號(hào)中的三人配置如出一轍。
中國(guó)科學(xué)院深海所的海洋科學(xué)專家與國(guó)家文物局考古研究中心的考古專家長(zhǎng)時(shí)間在一起工作，他們也會(huì)聊起一些更遙遠(yuǎn)的暢想。
考古專家談到遺址公園的概念。遺址公園是將一些重要的考古遺址保持原貌，讓公眾得以近距離參觀，既能感受遺址的歷史場(chǎng)景，也能感受考古的解密氛圍。這個(gè)想法令他們都很動(dòng)心：有沒有可能將西北陸坡沉船遺址也作為遺址公園？
“這就需要我們探索高頻次、低成本、常態(tài)化的進(jìn)入方式，讓公眾可以乘坐潛水器下到沉船位置參觀，那是一個(gè)未來的場(chǎng)景。”陳傳緒說。宋建忠說，如果能夠?qū)⒛虾Ｎ鞅标懫鲁链z址永久保存為深海一處水下文化遺產(chǎn)保護(hù)示范基地，將為全球貢獻(xiàn)一個(gè)深海文化遺產(chǎn)保護(hù)的典型案例。
深海所工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)也在考慮讓更多公眾可以感受海底遺址的方式，比如海底直播。當(dāng)前的技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)海底與陸地上任何一個(gè)人實(shí)時(shí)視頻聊天，也許某一天，公眾能夠通過直播實(shí)時(shí)感受深�？脊诺目苹眉�(jí)現(xiàn)場(chǎng)。海底遺址的三維重建完成后，也可以通過進(jìn)一步處理，通過虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，以更為震撼的方式，讓觀眾“走進(jìn)”海底沉船。
“無法理解，無法感受，也無法想象”
在公眾眼中，對(duì)水下考古最深刻的印象，或許還停留在2007年。當(dāng)年，宋代沉船南海I號(hào)在經(jīng)歷了6年的前期考古后，實(shí)施整體打撈。那是中國(guó)第一艘整體打撈出水的古代沉船。
為了將長(zhǎng)30米、寬10米的南海I號(hào)完好無缺地?fù)破穑┕挝唤煌ú繌V州打撈局制定了周密的方案。在長(zhǎng)達(dá)200余天的施工周期內(nèi)，施工方先將無底的沉箱壁壓入淤泥，把南海I號(hào)整體罩住，再在底部穿過36根底梁，用36塊保泥板封住底梁之間的縫隙，形成密閉的沉箱。隨后，“華天龍”號(hào)起重船將沉箱整體吊出水面，再使用駁船拖到岸邊，從海里轉(zhuǎn)運(yùn)至沙灘上專門修建的博物館中。
國(guó)家文物局考古研究中心副主任、南海I號(hào)保護(hù)發(fā)掘項(xiàng)目領(lǐng)隊(duì)孫鍵向《中國(guó)新聞周刊》回憶，南海I號(hào)打撈過程中，雖然一些難題不可避免，但總體而言，沉船打撈技術(shù)其實(shí)并不難。
“海洋施工技術(shù)發(fā)展到這個(gè)階段，正好有一些應(yīng)用，考古算是應(yīng)用之一。當(dāng)時(shí)我們制訂方案，跟打撈局方面去溝通，他們也沒覺得有多大難度�！睂O鍵說。全球能力排名前十的打撈船，有七只在中國(guó)，中國(guó)的海洋打撈能力全球領(lǐng)先。孫鍵認(rèn)為，水下考古中的沉船打撈能力，實(shí)則來自于中國(guó)科技水平的進(jìn)步和海洋施工能力的進(jìn)步。
2022年11月，在上海附近的長(zhǎng)江口橫沙水域，22根巨型弧形梁組成的長(zhǎng)48米、寬19米、高9米、重約8800噸的沉箱，裝載著另一艘古船，經(jīng)3小時(shí)水下持續(xù)提升，在打撈工程船“奮力輪”中部月池露出水面。這艘從水下10米淤泥中打撈的長(zhǎng)江口二號(hào)沉船，是一艘清代同治年間的商船，船內(nèi)裝載著大量景德鎮(zhèn)瓷器等文物。
這是繼南海I號(hào)之后，中國(guó)第二艘整體打撈的古船，也將存放進(jìn)專門為其建造的博物館中。其調(diào)查、考古、打撈、發(fā)掘、展示等完整環(huán)節(jié)，將是南海I號(hào)經(jīng)驗(yàn)的再利用。
真正具有科學(xué)意義的水下考古學(xué)，發(fā)軔于1943年法國(guó)工程師庫(kù)斯特發(fā)明空氣輕潛水技術(shù)。在此之前，人類要么依靠屏氣裸潛，在很淺的深度停留極短時(shí)間，從事水下作業(yè)，要么由受過專業(yè)訓(xùn)練的潛水員使用極其復(fù)雜昂貴的設(shè)備進(jìn)行潛水。自負(fù)式壓縮空氣潛水的發(fā)明，使?jié)撍夹g(shù)簡(jiǎn)單化，讓考古工作者能夠擺脫對(duì)專業(yè)潛水者的依賴，親自潛水考古。
每下潛10米，會(huì)增加一個(gè)大氣壓力。復(fù)雜危險(xiǎn)的水底環(huán)境，只有借助于專業(yè)器材和科學(xué)的潛水規(guī)程，才能使水下考古人員在有限的時(shí)間內(nèi)作業(yè)。比較田野考古就會(huì)發(fā)現(xiàn)，一支水下考古隊(duì)工作時(shí)攜帶的器材是多么繁雜，而這些設(shè)備，又直接關(guān)系到每一個(gè)隊(duì)員的生命安全。
“潛水技術(shù)的每一點(diǎn)進(jìn)步，都離不開科學(xué)水平的提高。如果沒有科技手段的支持，人類是根本不可能在水下長(zhǎng)時(shí)間生存的。所以說，科技進(jìn)步與技術(shù)手段決定了水下考古的發(fā)展，是一點(diǎn)也不過分的。”孫鍵說。
南海I號(hào)于1987年第一次發(fā)現(xiàn)線索，但正式啟動(dòng)發(fā)掘要等到2001年。1991年，中國(guó)啟動(dòng)了首個(gè)憑借自身力量開展的水下考古項(xiàng)目——遼寧綏中三道崗元代沉船遺址項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)，中國(guó)第一批11人的水下考古專業(yè)人才剛剛培訓(xùn)完成。該項(xiàng)目從1991年持續(xù)至1997年，每年考古季，開始的一個(gè)多星期都是在海面上找遺址。由于海面上沒有任何標(biāo)記物，當(dāng)時(shí)的水下定位技術(shù)也不發(fā)達(dá)，即使年年都去，年年都很難找到。
在定位技術(shù)已經(jīng)能在深海海底實(shí)現(xiàn)精確定位的今天，孫鍵說起這些親歷過的往事，近乎于笑談。但在當(dāng)時(shí)，第一代水下考古人就是這樣摸索出了一條路。
中國(guó)的水下考古隊(duì)員需要進(jìn)行嚴(yán)格的訓(xùn)練，潛水是關(guān)鍵技能之一，必須考取潛水證。那時(shí)的水下考古，就是令人望而生畏的體力活，辛苦而危險(xiǎn)，只能停留在近海和淺海。而如今，董佳馨剛畢業(yè)兩個(gè)月，就成為中國(guó)首支深�？脊抨�(duì)的一員，不需要潛水證，就能安全地乘坐潛水器進(jìn)入深海。
技術(shù)的進(jìn)步，讓科幻成為現(xiàn)實(shí)。
董佳馨始終記得第一次進(jìn)入深海那天，潛水器照明燈打開的一瞬間，她看到舷窗外的海底散落著一些瓷器，心想，快到了。她看到的是右側(cè)舷窗，當(dāng)她扭頭，看到正面舷窗，突然被震撼了。眼前就是一座瓷器堆成的小山丘，層層疊疊，鋪向遠(yuǎn)處，堪稱壯觀。原來，“深海勇士”號(hào)已經(jīng)直接抵達(dá)西北陸坡一號(hào)沉船的核心地帶。
“我是一個(gè)文科生，這整個(gè)事情對(duì)我來說都很神奇，都挺科幻的。”董佳馨回想起那一幕，“我無法理解，無法感受，也無法想象他們是如何把潛水器這種東西造出來的�！�
《中國(guó)新聞周刊》2024年第7期
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