论文部分内容阅读
水下考古是考古学的一个重要分支，涉及海洋学、水声学和机器人等诸多学科，是一个正在探索的充满高新科技的领域。
抚仙湖位于云南省澄江、江川、华宁三县间，距昆明市60千米，面积212平方千米，最深处155米，是我国仅次于长白山天池的第二深水湖，属于断陷型湖盆地之一。民间流传说，这里有一座“水下古城”，但史料中没有找到有关的文字记载。
在一次动用了多种科技手段的水下考古行动中，传说得到了确认：抚仙湖水下存在着一个距今大约1 750年（即我国东汉时期）的古代城市或大型村落遗迹。可能是地震造成的地质滑坡，使抚仙湖水位升高，将其淹没了；或者是地震造成地壳陷落，使其沉入水中。在这里，深潜作业、水下观测和资料传输，靠的是水下机器人；建筑方位和水深的测定，依靠声呐设备；而水下建筑的构成年代判定，主要依据的是对建筑物里的填充物——螺壳的放射测定。
搜索的“眼睛”
担纲这次水下考古活动主角的，是中科院沈阳自动化研究所研制的两套机器人设备：一套是“金鱼”系列轻小型水下机器人；另一套是“CR-02”6 000米自治水下机器人。之所以出动水下机器人，是因为事先已探明，古建筑遗迹位于水下70米左右，而潜水员的一般潜水深度在60米。
“金鱼”系列机器人形体小巧，能在水下环境或狭小的空间做前进、后退、平移、垂直下潜和水平转弯等高难动作，工作人员只需在陆上操纵即可。由于采用了先进的CCD水下摄像机和合理光谱的照明灯，在水下100米深处仍能得到清晰的图像，且图像上叠加有文字说明的参数，如年、月、日、时间、深度和方位角等，看起来非常直观。但是它没有机械手，也不具备探测功能，只能起到观察作用，故需另一种机器人与之配合，协同作战。
“CR-02”6 000米自治水下机器人的外形酷似鱼雷。它能紧贴湖底运作，全面负责远距离考察抚仙湖附近水域的地形地貌。它与“金鱼”一大一小，一远一近，相辅相承，出色地完成了任务。
用声呐探测水深和方位
对目标的探测，在陆上可以依靠雷达，它利用电磁波遇到物体会反射回来的“回声定位”原理，可以探测远处的物体。但是电磁波在水中跟空气中大不一样，它的能量很快会被水吸收，而无法进行远距离传播。于是，研究人员把目光转向声学方法，发现水对声波的吸收很小，声波在水中可以传得很远。这样，声呐很快便成为水中探测目标、传递信息的重要工具。所以，声呐又称“声波雷达”。
按照工作方式的不同，声呐可分为主动声呐和被动声纳两类。前者本身能发射声波，当声波遇到物体便反射回来，再经过声电转换和放大处理，最后显示在荧光屏上。根据声波发射的方向、往返的时间就可以计算出被测物体的方位和距离。被动声呐本身不能发射声波，只能接收别的物体在水中发出的声波。这次考古采用的是主动声呐。声呐技术除可用于水下考古外，更多的还是应用在军事、通讯、勘探和渔业等领域。
靠放射性测定确定建筑物年代
经放射性碳元素测定，抚仙湖水下古建筑的年代，最晚距今1 750年（±100年），属我国东汉时期。这个数据是怎样测定的呢？要了解其中的奥秘，还得从物理学中的热释光现象说起。
热释光现象早在1663年时就被发现。那年冬天，英国的一位贵族围炉取暖，把戴有钻石戒指的手伸近炉火。他突然发现，原先是微黄色的钻石，竟渐渐变成美丽的蓝色。他感到十分愕然，以为这是一枚“魔戒”。直到300多年后，人们才揭开“魔戒”之谜：原来，钻石受热变色，是固体物质的一种物理发光现象，科学上称为热释光。
实验发现，陶瓷、钻石、贝壳之类，一般都含有微量天然放射性元素铀、钍和钾40，它们都能产生α、β和γ射线。其中所含的石英、长石晶体等受到射线的辐射时，某些电子就会发生跃迁，最后掉进那些由不完整晶格所造成的“陷阱”中去。“陷阱”越深，电子在里面居留的时间就越长，有时可达百万年以上。其后，当陶瓷、钻石、贝壳等再受热时，“陷阱”内的电子获得足够的能量，就会从“陷阱”中逃逸出来，遇上一些特殊的杂原子与其复合，就会释放出能量（光子），从而形成热释光。只需测定这种热释光的大小，就能推算出它积累了多少岁月，也就知道它存在了多少年。
抚仙湖水下考古工作者们，正是依据对水下建筑里的填充物——螺壳的放射性测定，才大致弄清了这座水下古建筑的构成年代。
抚仙湖位于云南省澄江、江川、华宁三县间，距昆明市60千米，面积212平方千米，最深处155米，是我国仅次于长白山天池的第二深水湖，属于断陷型湖盆地之一。民间流传说，这里有一座“水下古城”，但史料中没有找到有关的文字记载。
在一次动用了多种科技手段的水下考古行动中，传说得到了确认：抚仙湖水下存在着一个距今大约1 750年（即我国东汉时期）的古代城市或大型村落遗迹。可能是地震造成的地质滑坡，使抚仙湖水位升高，将其淹没了；或者是地震造成地壳陷落，使其沉入水中。在这里，深潜作业、水下观测和资料传输，靠的是水下机器人；建筑方位和水深的测定，依靠声呐设备；而水下建筑的构成年代判定，主要依据的是对建筑物里的填充物——螺壳的放射测定。
搜索的“眼睛”
担纲这次水下考古活动主角的，是中科院沈阳自动化研究所研制的两套机器人设备：一套是“金鱼”系列轻小型水下机器人；另一套是“CR-02”6 000米自治水下机器人。之所以出动水下机器人，是因为事先已探明，古建筑遗迹位于水下70米左右，而潜水员的一般潜水深度在60米。
“金鱼”系列机器人形体小巧，能在水下环境或狭小的空间做前进、后退、平移、垂直下潜和水平转弯等高难动作，工作人员只需在陆上操纵即可。由于采用了先进的CCD水下摄像机和合理光谱的照明灯，在水下100米深处仍能得到清晰的图像，且图像上叠加有文字说明的参数，如年、月、日、时间、深度和方位角等，看起来非常直观。但是它没有机械手，也不具备探测功能，只能起到观察作用，故需另一种机器人与之配合，协同作战。
“CR-02”6 000米自治水下机器人的外形酷似鱼雷。它能紧贴湖底运作，全面负责远距离考察抚仙湖附近水域的地形地貌。它与“金鱼”一大一小，一远一近，相辅相承，出色地完成了任务。
用声呐探测水深和方位
对目标的探测，在陆上可以依靠雷达，它利用电磁波遇到物体会反射回来的“回声定位”原理，可以探测远处的物体。但是电磁波在水中跟空气中大不一样，它的能量很快会被水吸收，而无法进行远距离传播。于是，研究人员把目光转向声学方法，发现水对声波的吸收很小，声波在水中可以传得很远。这样，声呐很快便成为水中探测目标、传递信息的重要工具。所以，声呐又称“声波雷达”。
按照工作方式的不同，声呐可分为主动声呐和被动声纳两类。前者本身能发射声波，当声波遇到物体便反射回来，再经过声电转换和放大处理，最后显示在荧光屏上。根据声波发射的方向、往返的时间就可以计算出被测物体的方位和距离。被动声呐本身不能发射声波，只能接收别的物体在水中发出的声波。这次考古采用的是主动声呐。声呐技术除可用于水下考古外，更多的还是应用在军事、通讯、勘探和渔业等领域。
靠放射性测定确定建筑物年代
经放射性碳元素测定，抚仙湖水下古建筑的年代，最晚距今1 750年（±100年），属我国东汉时期。这个数据是怎样测定的呢？要了解其中的奥秘，还得从物理学中的热释光现象说起。
热释光现象早在1663年时就被发现。那年冬天，英国的一位贵族围炉取暖，把戴有钻石戒指的手伸近炉火。他突然发现，原先是微黄色的钻石，竟渐渐变成美丽的蓝色。他感到十分愕然，以为这是一枚“魔戒”。直到300多年后，人们才揭开“魔戒”之谜：原来，钻石受热变色，是固体物质的一种物理发光现象，科学上称为热释光。
实验发现，陶瓷、钻石、贝壳之类，一般都含有微量天然放射性元素铀、钍和钾40，它们都能产生α、β和γ射线。其中所含的石英、长石晶体等受到射线的辐射时，某些电子就会发生跃迁，最后掉进那些由不完整晶格所造成的“陷阱”中去。“陷阱”越深，电子在里面居留的时间就越长，有时可达百万年以上。其后，当陶瓷、钻石、贝壳等再受热时，“陷阱”内的电子获得足够的能量，就会从“陷阱”中逃逸出来，遇上一些特殊的杂原子与其复合，就会释放出能量（光子），从而形成热释光。只需测定这种热释光的大小，就能推算出它积累了多少岁月，也就知道它存在了多少年。
抚仙湖水下考古工作者们，正是依据对水下建筑里的填充物——螺壳的放射性测定，才大致弄清了这座水下古建筑的构成年代。