衛星發現的記憶：「太空考古學」如何改變人類歷史？

左爲《普羅米修斯》電影劇照中手捧地球影像的大衛、右爲近年被發現的納斯卡線貓咪。 圖／《普羅米修斯》、美聯社

▌本文摘自《我從太空考古：橫跨4大洲╳12國，從千年宮殿、古墓、聚落到隱藏的金字塔，透過衛星影像發掘傳統考古難以企及的人類歷史與記憶》（臉譜出版，2021）

乍聽「太空考古學」一詞，可能會覺得考古學的分支領域取這麼科幻的名稱十分荒唐可笑。聽起來好像是我們在找火星上曾有外星人居住的證據，或來自外太空的箭鏃，或什麼小綠人木乃伊。這些無疑會是太空生物學家（astrobiologist）有興趣的題材，但是太空考古學家卻是透過太空中的衛星，回過頭將眼光投在地球上。

藏在地下的是故事而非物件，它們斷斷續續不成篇章，考古學家的職責是將它們哄騙勸誘出來，再織出完整文章。面對一片毫無遺蹟現象的褐黃淤泥，或現代田野，或茂密雨林裡的土丘，挑戰在於從何處起頭。太空考古學的發展，正是爲了回答這個問題。

▌考古學的困境與「太空考古學」的發明

考古學家的使命是發掘，但每年待在田野的時間頂多數個月，除非是爲文化資產管理公司工作，或受聘擔任政府文化部門的考古學專家。就連印第安納．瓊斯都曾在學校教書。由於考古發掘行動的時程倉促且經費拮据，意味着考古計劃中所耗費的每一刻、支出的每一分錢，都必須經過縝密規畫：若是經費來自公部門的嚴謹考古計劃，主持人絕不希望季度結案報告中提不出任何成果。

大多數考古學家或許會矢口否認，但他們確實會向古往今來各路可能保祐他們發掘順利成功的神佛祈禱。姑且不論出乎意料的發現，考古學家仰仗各式各樣的方法來推測地下究竟藏了什麼。

最簡單的方法是「步行調查」（fieldwalking）。要了解一處遺址或一個區域地表遺存的改變情況，方法之一是單獨或成羣沿着間距相等的線條步行勘查。爐渣是金屬冶煉產業的副產物，忽然密集出現的爐渣表示該處可能曾是工業區。同時發現細小石灰石屑片和骨骸碎片，表示該處可能是豪華墓園，石灰石碎片則來自石棺或陵墓建築。成堆的較大石灰石碎片，同時也許還可發現完整或殘缺的刻字石塊，表示該處可能有許久之前崩坍毀壞的宗教建築或宮殿建物。如發現任何古代陶器或其他遺存，則明顯指示底下不同地層分屬哪些時期。

步行調查——跟有蹄類動物一樣腳踏實地——可能是遺址調查中很重要的一步，但只有從空中鳥瞰才能看見全貌：不只是看見單一遺址，還看見遺址與周圍地景之間的關係。空拍照是評估古代遺址時非常寶貴的佐證，而現今利用無人機拍攝的照片可說精采非凡。然而，從空中更高的位置，例如從國際太空站（International Space Station）上方兩百英里處拍下的影像，爲考古學開拓出太空考古學這個分支領域，讓我們對於過去的理解，以及對於日後考古發現之潛力的理解都從此不同。

圖爲2011年5月，這幅 NASA提供的衛星影像，顯示了被掩埋的埃及古城中的街道和房屋。 圖／法新社

▌太空考古學如何運作？

當考古學家爲了評估現代地景，找出埋於地底的河川或古代遺址所在位置，凡是申請任何形式的高空或太空拍攝影像資料，就屬於「太空考古學」的範疇，也稱爲「衛星考古學」（satellitearchaeology）或「衛星遙測」（satellite remote sensing）。之所以稱爲「太空考古學」，歸根究柢，美國太空總署也有錯。美國太空總署於2008年展開「太空考古學計劃」（“Space Archaeology”program），資助進行大規模考古研究的科學家申請衛星影像資料集。連美國太空總署都指稱我從事的是「太空考古」，我又有什麼資格不表贊同呢？

解讀衛星影像既是科學，也是藝術。所有遙測專家一開始都必須先學習光的語言，要學會並不容易：電腦螢幕上一張看起來簡單的高解析度照片，其實一點都不簡單。影像中的每個畫素，都代表地面上一個確切的區域。構成畫素的光包含的不只有光譜上的可見光，依據不同的衛星影像拍攝系統，可能還包含近紅外光、中紅外光和遠紅外光。

再者，地球表面上的所有物體各自具有獨特的化學特徵（chemical signature），會影響物體所反射的光：就像是我們的簽名各有不同特色，不同材料在光譜上也會以獨特的方式呈現。舉例來說，沙地在衛星影像裡看起來和森林大不相同。我們用肉眼就可以很輕易看出差異。而如果需要區分一座森林裡頭不同的樹種，不同的化學特徵此時就能派上用場：一片橡樹林呈現的化學特徵與一片松樹林就有所不同。兩片樹林在我們眼裡可能同樣是綠色，但是利用光譜上不同的紅外光區呈現出植被健康情況的細微差異，我們就能察覺顏色其實有所不同。

遙測專家可以藉由在影像中添加「假色」來誇大這些差異，突顯個別類型的地表遺蹟現象。在遙測程式（類似比較有個性的Photoshop 色彩取代功能）中，可以選擇爲任一羣畫素加上想要的顏色。一般會建議使用者選用與真實世界中對應類型相似的顏色，例如植被就用綠色調，建築物用灰色，泥土用褐色，但你可以自行選用任何顏色。有些在研討會上展示或研究論文裡附上的衛星影像，看來像是服食迷幻藥後的幻遊場景，但更難看。

科學家使用分析軟體探勘分析衛星照下的遺址照片。 圖／截取自國家地理頻道

▌一切始自熱氣球和飛機

確切說來，最早有人從空中平臺觀看的古代遺址之一是巨石陣（Stonehenge）。這處著名的新石器時代（Neolithic，西元前約2500年）遺蹟由呈環狀排列的巨石構成，屹立於英格蘭南部一片草原上，是現代異教徒夏至時最鍾愛的地方。1906年時，駐紮在巨石陣附近的英國皇家工兵部隊熱氣球分隊（Royal Engineers’ Balloon Section）的菲利浦．亨利．夏普中尉（Lieutenant Philip Henry Sharpe）搭乘繫留的熱氣球，升空拍下三張遺址的照片。

三張照片不久後即由《倫敦文物學會會刊》（Society of Antiquaries）刊登，公開之後轟動一時。考古學家能夠從照片中看出遺址與周圍地景的關係，而地面上可疑的深暗斑塊表示可能還埋藏着其他古代遺蹟。從高空向下俯瞰，全新的世界由此展開。

英國皇家飛行軍（Royal Flying Corps）於一戰期間成立，元老級飛行員飛越歐洲和中東，他們的行動中最至關緊要的任務，是拍攝空照圖供軍方用來確定火炮射程和敵軍位置。當年用於部署攻擊行動的前線照片，如今成了重要的考古學資料。之後又有綽號很妙的「飛天修士」（the Flying Priest）安託萬．普瓦巴神父（AntoinePoidebard），他在1925到1932年間駕駛一架雙翼飛機飛越敘利亞和黎巴嫩的大片區域上空，拍下了許多古代遺址空拍照。

左爲英國攝影師沙爾伯特（Cecil Shadbolt）拍攝的英國倫敦北部 的鳥瞰圖，顯示了石橋路、史丹佛山，這張照片拍攝於 1882 年 5 月 29 日從熱氣球610公尺高處拍攝，是英國現存最早的航拍照片。右爲法國諷刺漫畫家杜米埃（Honoré Daumier）的作品，指這些最早搭乘熱氣球拍攝航拍照的攝影師，將會改變看待世界的方式。 圖／維基共享

1906年，夏普中尉搭乘熱氣球所拍下的巨石陣遺址。 圖／愛爾蘭考古學會推特

除了這些寶貴的早期照片，他也爲中東地區的航空考古學（aerial archaeology）奠立基礎，強調在讓古代建築物清楚顯現時，時機的掌握至關緊要。例如上午時地面溼氣較重，拍攝的影像能夠顯露較多的遺址，而下午時地面較爲乾燥，影像中呈現的顏色就較爲一致。

同時在英格蘭，人稱O. G. S. 克勞福（O. G. S. Crawford）的歐斯伯．蓋伊．史丹霍．克勞福（Osbert Guy Stanhope Crawford）首開先例，利用航空攝影拍攝長期有人居住的地景。他曾在一戰時期於英國皇家飛行軍服役，後來進入英國地形測量局（Ordnance Survey）擔任考古人員。

克勞福在一戰時期一度遭德軍俘擄，成爲戰俘期間完成了《其人及其往事》（Man and His Past），這本重要著作闡明瞭地圖在定義文化上的重要性。克勞福被新一代的英國考古學家暱稱爲「歐吉叔」（Uncle Ogs），他在英國各地找到數百處先前未曾發現的遺址。即便到了今日，他拍攝的所有英國空照圖仍是考古學研究的寶貴資源。

圖／法新社

2019年展出的古埃及貓。 圖／法新社

▌從二戰到太空時代

二戰之後，隨着考古學家和其他科學家逐漸認知到新興的彩色影像與紅外光成像技術的可貴，遙測科技也歷經革命性的發展和突破。事實上，我的外祖父哈洛德．楊恩教授曾在一九五○年發表的論文中寫道：「空拍照在林學研究中的運用，還處在相對來說尚顯青澀的發展階段。目前有很多研究人員努力想要釐清空拍照的侷限，以及可以有效利用空拍照的多種方法。彩色攝影發展上的可能性目前還罕有人知。」

這不過是70年前的事。如今，我們已經有了3D掃描技術，還能在遺址現場用手機拍攝紅外線熱影像。僅僅兩代的時間就發展出這些科技，在人類歷史上不過是一霎之間。在外祖父那個年代，考古學家能夠取用數千數萬張軍方拍攝的歐洲和中東影像，用以規畫新的調查計劃。

在開山祖師如劍橋大學教授約翰．肯尼斯．聖約瑟（J. K. St Joseph）的引領之下，空拍照成爲標準的考古工具。聖約瑟原本研究地質學，於二戰時在英國飛機制造部（Ministry ofAircraft Production）服役期間接觸航空攝影。戰後他利用英國皇家空軍（Royal Air Force）進行飛行訓練的機會，在各地拍攝大量地景空照圖，留下超過30萬幀攝影作品給劍橋大學。他講課時會輔以大量精采迷人的圖片，但講話的方式讓他成了大家口中的「聖人約瑟」（Holy Jo）。只有聖人能居高臨下說教。

聖約瑟在英國諾福克拍攝下的格蘭姆斯燧石礦井（Grime's Graves）照片，這是英格蘭地區重要的新石器時代燧石礦場 圖／維基共享

各界對於航空攝影的興趣愈漸濃厚，終於促成1963年的首次航空攝影國際研討會，聖約瑟本人則在1966年出版了一本具關鍵地位的鉅著：《航空攝影的運用》（The Uses of AirPhotography）。隨着新的軍用火箭計劃問世，考古學家得以將眼光拉得更高更遠，名副其實地監看一切古老和新穎的事物。

美蘇兩國當年展開太空競賽，沒想到爲今日的考古學家帶來意想不到的結果。美國於1950年代開始籌劃「日冕」、「掛繩」（LANYARD）、「氬氣」（ARGON）等最高機密間諜衛星計劃，於冷戰時期偵察記錄蘇聯的活動。1960到1972年間，攝影系統由火箭載送升上外太空，拍下地球表面大範圍區域的高解析度黑白照片。拍攝完成的底片置於膠囊中，以降落傘載送回地球，由一架特別設計的飛機負責在空中回收。照片的解析度達到破天荒的每畫素一點八公尺，而且有助於摹繪出開發中國家在1960到70年代人口大幅增長之前的樣貌。

自從比爾．柯林頓總統於1995年下令將這些資料集解密，任何人都可以支付少許費用取用這些影像，這批資料集也是我在教遙測技術時最愛向學生展示的資料集。美國政府的檔案典藏專家已經將這批影像資料完全數位化，但在2000年代初期時，資料形式仍是長度超過一公尺、寬十公分的黑白負片膠捲。我很喜歡像1950年代電影裡演的一樣，將膠捲拉開來拿高湊近眼前像間諜一樣察看，我的學生也熱愛這麼做——他們現在大多對着電腦螢幕進行研究，有機會親自動手會多一些樂趣。

圖／法新社

圖爲2007年烏克蘭發行的郵票，圖中是蘇聯第一枚發射成功的衛星史普尼克一號，旁邊爲工程師科羅列夫（Sergei Korolev ）以及火箭科學家格魯什科（Valentin Glushko）。 圖／維基共享

圖／維基共享：圖爲2007年烏克蘭發行的郵票，圖中是蘇聯第一枚發射成功的衛星史普尼克一號，旁邊爲工程師科羅列夫（Sergei Korolev ）以及火箭科學家格魯什科（Valentin Glushko）。

▌美國太空總署衛星的演進革新

美國曆史於1960年代大事頻傳，陸續發生暴動、示威、遊行、越戰、登月競賽，以及號召女性「燒掉胸罩」的婦女解放運動。改變的風潮也慢慢滲入學術界。當時美國已經開始進行氣象衛星相關實驗，例如於1960年發射的泰洛斯衛星（TIROS，全稱Television InfraredObservation Satellite，意爲「紅外線電視觀測衛星」）。泰洛斯衛星就像是一臺很沉重的小電視機，體積與今日的衛星相比顯得十分迷你，僅僅運轉了78天，但是讓科學家看到以衛星捕捉地球表面資料的潛力。

在泰洛斯一號成果的鼓勵之下，美國太空總署大膽打造了更多顆泰洛斯衛星：泰洛斯七號衛星進行了長達1,809天的觀測作業，在1968年停止運作之前，總共拍攝了三萬張衛星雲圖。美國於1964年開始籌劃，希望設計出能夠繪製出完整地球表面的成像系統。

非常神奇的是，美國太空總署已將收錄數百萬幅衛星影像的資料庫開放給公衆免費使用。到目前爲止，我想必已經使用過價值數十萬美金的資料。沒有這些資料，我根本無法進行研究。陸地衛星一號上裝設了多光譜掃描器，可記錄電磁波譜上的綠光段、紅光段和兩種紅外光波段資料，解析度爲80公尺。

促成計劃的科學家認爲，這是美國太空總署目前爲止對於全世界最偉大的貢獻。我們可以在今日的七旬老人愛用的彩虹頭帶和平符號中追溯這個意旨：

透過衛星，全世界第一次看見陸塊之間並無真正的疆界。

圖／法新社

《我從太空考古：橫跨4大洲╳12國，從千年宮殿、古墓、聚落到隱藏的金字塔，透過衛星影像發掘傳統考古難以企及的人類歷史與記憶》

作者： 莎拉．帕卡克

出版社：臉譜出版

出版日期：2021/7/1

內容簡介：「太空考古學」，這個詞乍聽雖然有點科幻、令人感到不真實，卻是考古學界的現在進行式，指的是考古學家透過分析衛星影像，精準找出潛在遺址的新興研究領域。在過去，一處遺蹟的發現往往需要耗費大把時間研究文獻資料或者需要一點運氣，但如今透過觀察衛星影像上的陰影、植物的生長情形，考古學家便能更精確、快速地辨識深埋在地下的遺址，像是擁有透視眼一般。