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出品：科普中國

作者: 郭政（中國科學院聲學研究所東(dong) 海研究站）

監製：中國科普博覽

“從(cong) 魚到人”的研究解釋了長期以來有關(guan) 人類起源的爭(zheng) 論，而長久以來，人類也總是在探索浩瀚神秘的生命起源——海洋的過程中不斷向前。然而，看似風平浪靜，讓人心馳神往的海麵，也可能隨時帶來洶湧的波濤奪走人類的生命。那麽(me) ，麵對捉摸不定的海洋，人類又將如何在海洋中進行考古研究呢？

從(cong) 古至今，水下考古所為(wei) 何？

先秦時期，嶺南住民就開始在南海海域及太平洋沿海進行商貿活動。經過秦漢、隋唐、兩(liang) 宋以及元代的發展，到明朝鄭和下西洋時，“海上絲(si) 綢之路”已發展至極盛。

海上絲(si) 綢之路

圖片來源：澎湃新聞 https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_14617327

然而，眾(zhong) 所周知，海上的狂風巨浪有可能會(hui) 對航海船隻帶來滅頂之災，現代船隻遇到風浪尚且需要采取避風措施，更不用說古代船隻。因此，曆經千年，這條航道上沉沒的船隻自然也不計其數。

這些沉船多是商船，商船運載的瓷器等貨物通常代表了當時較高的工藝技術水平。進行水下考古的重要原因之一，就是為(wei) 了讓這些曾經淹沒在海底的精美工藝品重見天日。此外，水下考古還可以增進對古代造船、航海等技術以及海上交通、商貿活動等方麵的了解。

海底沉船

圖片來源：搜狐 https://www.sohu.com/a/196614541_100027108

工欲善其事，必先利其器——聲學方法助力水下考古

俗話說“工欲善其事，必先利其器”，開展水下考古當然也需要進行一係列的技術和裝備準備。

除了潛水員的培訓、潛水設備的研發生產(chan) 之外，如何了解水下情況、精準尋找考古地點也是水下考古工作中極為(wei) 重要的一環。事實上，這些在水下充當我們(men) “耳目”的設備，如多波束聲呐、淺地層剖麵儀(yi) 、側(ce) 掃聲呐、水下機器人（Remote Operated Vehicle , ROV）等，多是應用聲學方法進行水下的探測活動。

多波束聲呐、淺地層剖麵儀(yi) 、側(ce) 掃聲呐、水下機器人（ROV）

圖片來源：1.青島水德 https://www.watertools.cn/index.php/product/info/311?one_id=248&two_id=323&parent_id=289

2.青島水德 https://www.watertools.cn/index.php/product/info/303?one_id=248&two_id=294&parent_id=289

3.搜狐 https://www.sohu.com/a/349110652_743632

4.搜狐 https://it.sohu.com/a/442729792_100275934

這裏可能就有疑問了——為(wei) 什麽(me) 一定要用聲學方法來探測呢？使用其他方法，比如放一個(ge) 攝像機到水下，直接看視頻畫麵或者拍照是否會(hui) 更加直觀呢？說到這個(ge) 問題，便涉及一個(ge) 現象，那就是電磁波在水中的衰減是相當大的，這就同時解釋了多個(ge) 問題：

1. 光的本質是一定波長範圍內(nei) 的電磁波。由於(yu) 陽光無法深入水下，在通常情況下，海底是相當暗的，大概幾十米以下的能見度就非常低了。正因如此，即便是開啟照明設備、拍攝有關(guan) 海底的視頻或圖像，所能覆蓋的範圍也很小，因此，水下考古工作通常是在大範圍探測完成後，在已通過聲學方法了解水下基本情況、並定位到較為(wei) 準確的考古地點的情況下，再進行近距離、小範圍的攝像或拍照作業(ye) 。

2. 依靠電磁波的通信手段在水下考古的性能並不優(you) 秀，因此水下通信和數據傳(chuan) 輸一般會(hui) 采取有線方法，或是依靠聲波進行通信和數據傳(chuan) 輸。

通常情況下，水下機器人大多裝配有攝像設備，可以進行水下攝像。

從(cong) 動物的回聲定位到水下考古的工作原理

上文中我們(men) 提到了多波束聲呐、淺地層剖麵儀(yi) 和側(ce) 掃聲呐等設備，那麽(me) ，這些設備在水下環境中具體(ti) 是如何進行工作的呢？

先舉(ju) 個(ge) 小例子。我們(men) 都知道蝙蝠、海豚等動物具有回聲定位的能力，可以發射聲波，聲波經過空氣或水到達障礙物體(ti) 表麵並反射，這些動物們(men) 接收並分析反射的聲波後，就可以得知前方障礙物體(ti) 的距離、大小和形狀等信息。

而水下考古所使用的這些聲呐設備的工作原理，與(yu) 動物的回聲定位有一定的共通之處，即也是通過向水底發射聲波，並接收回波，而後對回波進行分析處理，進而得到我們(men) 需要的結果。

不過，不同設備的分析過程和結果存在區別，比如淺地層剖麵儀(yi) 得到是海底地層的地質信息，側(ce) 掃聲呐得到的則是海底的地貌信息。

多波束聲呐、側(ce) 掃聲呐、淺地層剖麵儀(yi) 處理結果圖

圖片來源：1.藍創海洋 https://lcsonar.com/cesaocase/100.html

2.中國勘測聯合網 https://www.chinaunsv.com/mall/858.html

3.北京泰富坤 https://www.time-f.com/product-31395-52569-158001.html

蓬勃發展的水下考古事業(ye)

借助這些聲學設備，近年來，我國的水下考古事業(ye) 蓬勃發展。

在國外，中國科學院聲學研究所東(dong) 海研究站與(yu) 斯裏蘭(lan) 卡開展合作，在斯方海域開展了多期海上考察和沉船探測，發現沉船一艘；在國內(nei) ，2022年6月，“長江口二號”古船整體(ti) 遷移預處理階段工作完成，精確定位了古船邊界和埋深，提取出水了船舵（舵杆和舵柄）、鐵錨、纜繩、建築材料、紫砂壺等散落文物。

相信在未來，依賴科研人員的不懈努力，借助先進的各類設備，我國的水下考古事業(ye) 將不斷開辟新的領域，實現新的跨越。

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