玛雅遗址藏迹密林深处，激光雷达揭其神秘面纱
原文作者：Patricia A. McAnany
考古学正在改变我们对古代玛雅社会发展方式的认识。现在，考古学家通过使用激光雷达技术发现，一些用来辅助肉眼天体观测的宏伟构筑物，其建成年代之早出乎他们的预料。
在考古学的历史上，很少有过一次技术突破使得整个领域都发生改变的“分水岭”式时刻。但20世纪40年代放射性碳测年的发明就带来了一场这样的革命，它提供了一个在世界范围内通用的系统，可将考古材料按时间顺序排列。更近的一次变革性创新是遥感技术——激光雷达（lidar）的机载应用。在被森林覆盖的区域，它能为隐于林木下方的裸露地表创建模型（这也被称为数字高程模型）[1]。这项技术正在改变有关墨西哥及中美洲的古代玛雅文明的考古学研究。它加快了发现的进度，扩大了发现的规模，并且让我们重新认识了大规模的景观改造可以有多古老。Inomata等人[2]在《自然》期刊上发表的对墨西哥塔巴斯科州乌苏马辛塔河近邻地区的研究，便是这样一个绝佳的例子。
激光雷达技术需要使用飞机或无人机飞过研究区域。在激光脉冲发出后，反射回来的信号会生成被称作点云（point cloud）的数据。随后，专家级的图像处理加上极其强大的计算机运算，能够以数字化的手段将植被移除，并创建出裸露地表的模型。在住宅、平台、金字塔甚至宫殿都会被繁密的植被遮蔽的地区，裸露地表模型就近似于一幅陆地表面的地形图。模型里的直线和拐角表示的是人为而非地质成因的元素。
对于研究干旱的景观区来说，这样的模型也许听上去没什么大不了的，但在有高大的林冠层遮挡视线的地方，裸露地表模型就是一种革命性的存在了。一架次飞机的激光雷达图像所提供的信息量，就能超过几十年的传统考古学调查所得。作为一名在藏迹古代玛雅文明遗址的潮湿热带地区工作的考古学家，我熟谙前激光雷达时代的调查技术，并做过几千个小时的田野工作。在野外，我跟着一名手持大砍刀的当地男性，他会在林子中间开辟出一条条直线。在这样创造出的网状方格中，我们考古学家步行寻找可能存在的任何构筑物。然后，在大砍刀的进一步作用下，古代建筑的转角、形状和高度得以显现，而我们也终于可以对这些结构进行测绘。
整个流程旷日持久，需要数年、乃至经常是几十年时间的野外工作，才能完成对古代大型玛雅城市的测绘，例如危地马拉的蒂卡尔和伯利兹的卡拉科尔。在卡拉科尔，艰辛的林间空地清理及测绘工作进行了几十年，尔后，激光雷达的运用很快就揭示出了该地梯田和聚落的全貌[1]。通过雷达图像得到的裸露地表模型包含了坐标信息（如经纬度）。藉由对考古遗址的实地考察，这些信息可以被用来对研究结果进行事实验证。到了这一步，仍然需要向手持大砍刀开路的当地人借一臂之力。
机载激光雷达对研究位于热带森林地区的其它考古遗址也是助益良多，其中一例是柬埔寨的吴哥窟[3]，在那里，雷达数据显示在庙宇周围建有人工水库，这暗示该复杂水利系统的恢复能力是存在限制的。这个研究还表明高棉帝国人民对景观的改造幅度是很大的[4]。
说回危地马拉佩滕地区的热带丛林。这里是玛雅古典时期（公元250-800年）“神圣”统治者们所处的腹地。该区域被称作玛雅低地（Maya lowlands），自20世纪中叶以来，考古学家几乎一直不间断地在研究这片地方。古典期玛雅社会的引人入胜之处在于其象形文字系统、自然主义风格的雕塑和绘画以及种植玉米的技巧；在政治上，它是围绕几十个王室组成的。考古学家对这些宫廷投入了大量注意力，但在王室建筑之间与之外的地方，他们只采用传统方法，对很小一部分景观做过测绘。
为了填补这片空白，科学家们开展了一项大规模的激光雷达调查[5]。研究得到的裸露地表模型显示，当地景观曾被人类有意识地集中改造过，而即便是最有经验的传统野外制图者也很可能发现不了这些迹象。较之地面调查，景观改造的空间连续性在从空中观察时更为明显。Inomata等人的主要研究成果也验证了这一点：在塔巴斯科州乌苏马辛塔地区的Aguada Fénix（位于玛雅低地的西部边界处），他们发现了长约1400米、宽约400米、由黏土和泥土建造而成的巨大、古老的平台式结构。这些平台的历史可以追溯到公元前1000到800年之间。玛雅低地北部的森林主要由灌木构成，但它和塔巴斯科的丛林一样难以从地面进入。在那里，一项类似的激光雷达“揭秘”正在产出同样意义深远的结果[6-9]。
相较于更东面的玛雅地区以及西面与奥尔梅克社会（Olmec societies，公元前1000年前后，以巨石头像而闻名）有关的区域，塔巴斯科虽然位于两者之间，但就过去一个世纪内进行过的考古调查而言，它只能居于末席。当Inomata等人决定以21世纪的方式使用激光雷达对该地区开展调查后，情况就发生了变化。这并不是一次“姜太公钓鱼”式的能找到什么算什么的无目的考察，反之，他们的搜索集中在一类被称为E组（E Group，详见图一）的构筑物上。E组是玛雅低地最早的非住宅建筑形式，它们被用于肉眼天体观测[10]。E组中有一部分（如Inomata等人发现的）的建造日期可以追溯到3000年前。有意思的是，这甚至要比明确的人类定居迹象（如民宅与村落）出现的时间更早。
图一|一处早期玛雅遗址。a, Inomata等人[2]报告在墨西哥Aguada Fénix发现了一处与古代玛雅文明有关的考古遗址。通过使用一种叫作激光雷达的地表测绘技术，再加上之后的挖掘工作，论文作者揭晓了一座可追溯到公元前1000-800年、由黏土和泥土建造而成的巨大平台。平台包括有一类被称为E组的结构——它与天文观测相关，由西侧的土墩和东侧的平台构成。Inomata等人的发现表明，大规模景观改造的年代之早出人意料，而且要先于玛雅王室出现，这为理解玛雅社会的发展方式提供了洞见。比例尺，500米。b, 在典型的E组排布中，西边的土墩或金字塔是一个观测点，用于帮助观察夏至和冬至时的日出。这些天文事件是通过向东边的长平台的角落方向眺望来进行观测的。
考古学家试图理解在群体生活的发展过程中，率先出现的是什么：固定住所中的定居生活，或者为集体仪式活动而定期举行的集会（如宗教行为或天文观测）。一般认为，是前者为后者的出现铺平了道路，但新的研究证据表明二者的先后顺序应该互换。
人类祖先可能先是聚在一起纪念季节的变迁，这可以通过观察太阳或其它天体在空中或者沿地平线的运动轨迹来获知。E组（见图一）是一个建筑群，它的西侧是一座低矮的土墩或金字塔，而东边则是一座细长的平台。西面的结构能够在冬至与夏至时帮助上面的人观看日出，这两个时节的日出可以分别沿南-北走向的东侧长平台的南、北角落方向看到。这类构筑物的设计简单巧妙，在乌苏马辛塔地区和它东面的玛雅低地各处都有建成。
借助激光雷达的“火眼金睛”，Inomata等人记录了在公元前第一个千年期间建造的16处E组构筑物，它们被造在巨大的长方形平台上方。Aguada Fénix的平台是该时期同类构筑物中最大的，Inomata等人还认为它也许是西班牙侵略者到来之前最大的玛雅结构。由于这处考古遗址没有描绘统治者的石雕（如奥尔梅克地区同时期的巨石头像）出土，Inomata等人声称这些结构是真正的公共建筑，而不是统治阶层下令建造的。如果是这样的话，那它们为什么会被建得如此之大，又在仅仅数百年之后就遭到废弃呢（数据来源于论文作者通过挖掘工作获得的放射性碳测年信息）？另外，在Aguada Fénix以东及以西多远的地方可以找到类似的排布（即带有E组构筑物的巨大平台）呢？严格说来，无论在东边的玛雅低地中部地区，还是在西边的奥尔梅克区域，这种建筑模式都不能算是它们的显著特征。
还有很多问题留待进一步研究来解决，但毫无疑问，激光雷达将继续改变森林地带的考古学研究。特别是在Aguada Fénix，激光雷达数据，加之Inomata等人的挖掘工作，极大地加深了我们对那里曾发生过的社会转变的理解。此外，在中部美洲的东部区域，巨大规模的公共建筑在出现时间上要早于村庄生活这个论点也有了更多的支撑。考虑到等级制度在玛雅低地开始的时间似乎要比Aguada Fénix遗址的建造晚几百年，这些发现会让一些人开始用批判性的眼光去审视公共建筑与等级制度间的可能联系。Inomata等人的研究用时三年而非三十年，这强有力地证明了激光雷达能透过林冠这层“面纱”，让我们以更快的速度去发现和调查过去。
参考文献：
1. Chase, A. F., Chase, D. Z., Fisher, C. T., Leisz, S. J. & Weishampel, J. F. Proc. Natl Acad. Sci. USA 109, 12916–12921 (2012).
2. Inomata, T. et al. Nature 582, 530–533 (2020).
3. Evans, D. H. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 110, 12595–12600 (2013).
4. Evans, D. J. Archaeol. Sci. 74, 164–175 (2016).
5. Canuto, M. A. et al. Science 361, eaau0137 (2018).
6. Hare, T., Masson, M. & Russell, B. Remote Sensing 6, 9064–9085 (2014).
7. Hutson, S. R., Kidder, B., Lamb, C., Vallejo-Cáliz, D. & Welch, J. Adv. Archaeol. Pract. 4, 268–283 (2016).
8. Magnoni, A. et al. Adv. Archaeol. Pract. 4, 232–248 (2016).
9. Stanton, T. W. et al. J. Archaeol. Sci. Rep. 29, 102178 (2020).
10. Friedel, D. A., Chase, A. F., Dowd, A. S. & Murdock, J. (eds) Maya E Groups: Calendars, Astronomy, and Urbanism in the Early Lowlands (Univ. Press Florida, 2017).
原文以 Large-scale early Maya sites in Mexico revealed by lidar mapping technology为标题发表在2020年6月3日的《自然》新闻与观点版块
© nature
Nature|doi:10.1038/d41586-020-01570-8
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