出品：科普中国
(资料图)
作者: 郭政（中国科学院声学研究所东海研究站）
监制：中国科普博览
“从鱼到人”的研究解释了长期以来有关人类起源的争论，而长久以来，人类也总是在探索浩瀚神秘的生命起源——海洋的过程中不断向前。然而，看似风平浪静，让人心驰神往的海面，也可能随时带来汹涌的波涛夺走人类的生命。那么，面对捉摸不定的海洋，人类又将如何在海洋中进行考古研究呢？
从古至今，水下考古所为何？
先秦时期，岭南住民就开始在南海海域及太平洋沿海进行商贸活动。经过秦汉、隋唐、两宋以及元代的发展，到明朝郑和下西洋时，“海上丝绸之路”已发展至极盛。
海上丝绸之路
图片来源：澎湃新闻 https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_14617327
然而，众所周知，海上的狂风巨浪有可能会对航海船只带来灭顶之灾，现代船只遇到风浪尚且需要采取避风措施，更不用说古代船只。因此，历经千年，这条航道上沉没的船只自然也不计其数。
这些沉船多是商船，商船运载的瓷器等货物通常代表了当时较高的工艺技术水平。进行水下考古的重要原因之一，就是为了让这些曾经淹没在海底的精美工艺品重见天日。此外，水下考古还可以增进对古代造船、航海等技术以及海上交通、商贸活动等方面的了解。
海底沉船
图片来源：搜狐 https://www.sohu.com/a/196614541_100027108
工欲善其事，必先利其器——声学方法助力水下考古
俗话说“工欲善其事，必先利其器”，开展水下考古当然也需要进行一系列的技术和装备准备。
除了潜水员的培训、潜水设备的研发生产之外，如何了解水下情况、精准寻找考古地点也是水下考古工作中极为重要的一环。事实上，这些在水下充当我们“耳目”的设备，如多波束声呐、浅地层剖面仪、侧扫声呐、水下机器人（Remote Operated Vehicle , ROV）等，多是应用声学方法进行水下的探测活动。
多波束声呐、浅地层剖面仪、侧扫声呐、水下机器人（ROV）
图片来源：1.青岛水德 http://www.watertools.cn/index.php/product/info/311?one_id=248&two_id=323&parent_id=289
2.青岛水德 http://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 http://it.sohu.com/a/442729792_100275934
这里可能就有疑问了——为什么一定要用声学方法来探测呢？使用其他方法，比如放一个摄像机到水下，直接看视频画面或者拍照是否会更加直观呢？说到这个问题，便涉及一个现象，那就是电磁波在水中的衰减是相当大的，这就同时解释了多个问题：
1. 光的本质是一定波长范围内的电磁波。由于阳光无法深入水下，在通常情况下，海底是相当暗的，大概几十米以下的能见度就非常低了。正因如此，即便是开启照明设备、拍摄有关海底的视频或图像，所能覆盖的范围也很小，因此，水下考古工作通常是在大范围探测完成后，在已通过声学方法了解水下基本情况、并定位到较为准确的考古地点的情况下，再进行近距离、小范围的摄像或拍照作业。
2. 依靠电磁波的通信手段在水下考古的性能并不优秀，因此水下通信和数据传输一般会采取有线方法，或是依靠声波进行通信和数据传输。
通常情况下，水下机器人大多装配有摄像设备，可以进行水下摄像。
从动物的回声定位到水下考古的工作原理
上文中我们提到了多波束声呐、浅地层剖面仪和侧扫声呐等设备，那么，这些设备在水下环境中具体是如何进行工作的呢？
先举个小例子。我们都知道蝙蝠、海豚等动物具有回声定位的能力，可以发射声波，声波经过空气或水到达障碍物体表面并反射，这些动物们接收并分析反射的声波后，就可以得知前方障碍物体的距离、大小和形状等信息。
而水下考古所使用的这些声呐设备的工作原理，与动物的回声定位有一定的共通之处，即也是通过向水底发射声波，并接收回波，而后对回波进行分析处理，进而得到我们需要的结果。
不过，不同设备的分析过程和结果存在区别，比如浅地层剖面仪得到是海底地层的地质信息，侧扫声呐得到的则是海底的地貌信息。
多波束声呐、侧扫声呐、浅地层剖面仪处理结果图
图片来源：1.蓝创海洋 http://lcsonar.com/cesaocase/100.html
2.中国勘测联合网 https://www.chinaunsv.com/mall/858.html
3.北京泰富坤 http://www.time-f.com/product-31395-52569-158001.html
蓬勃发展的水下考古事业
借助这些声学设备，近年来，我国的水下考古事业蓬勃发展。
在国外，中国科学院声学研究所东海研究站与斯里兰卡开展合作，在斯方海域开展了多期海上考察和沉船探测，发现沉船一艘；在国内，2022年6月，“长江口二号”古船整体迁移预处理阶段工作完成，精确定位了古船边界和埋深，提取出水了船舵（舵杆和舵柄）、铁锚、缆绳、建筑材料、紫砂壶等散落文物。
相信在未来，依赖科研人员的不懈努力，借助先进的各类设备，我国的水下考古事业将不断开辟新的领域，实现新的跨越。
编辑：应奕可
