一些历史背景
简要回顾历史，有助于我们正确看待这一问题：在经历了新王国时代的对外扩张和第三中间期（公元前1069——前525年）[3]祭司阶层的崛起之后，来自埃及西方的利比亚人于公元前945年统治埃及。接下来是来自埃及南方的努比亚人建立的埃及第二十五王朝，时间从公元前760年到公元前656年。24约于公元前664年建立的埃及第二十六王朝，是我们所知的埃及法老时代的最后一个王朝。
第二十六王朝的首任统治者普萨美提克一世利用希腊雇佣兵赶走了亚述占领者，稳定了国家局势，并将首都迁到了埃及三角洲西部的塞易斯（亦译为“赛斯”），距特比拉台形遗址仅75千米。25
此后，古埃及国内一度保持稳定，第二十六王朝的统治者在地中海和非洲东部地区广结盟。26尽管建立了广泛的外交关系，但在后期埃及，各地区势力纷纷登台，古埃及手中的筹码越来越少，直至最后用无可用。
公元前525年，波斯人占领了埃及。公元前404年，埃及人将波斯势力赶下台，并在接下来的60年里，一直对抗盘踞在三角洲地区的波斯人，防止他们卷土重来。27
因此，特比拉的发展迎来了契机。公元前398年，埃及首都从塞易斯迁到了特比拉西南方的大城市门德斯。在门德斯成为首都之后的19年里，特比拉的影响力和财富水平可能都出现了大幅提升，商人们纷纷涌入这座城市，在动荡起伏的帝国之间交易各种货物。至古埃及再次迁都，即把首都从门德斯迁到三角洲中部地区之时，神庙必然已经积聚了巨额财富。之后，古埃及又经历了四个王朝的兴起与衰败，但在特比拉，当港口的货物堆积成山时，又有谁会在意呢？在大约2 400年前那个多雾的早晨，他们不曾想到会遭受外来军队的袭击。
特比拉的毁灭
古希腊历史学家希罗多德称阿尔塔薛西斯三世是一位“伟大的勇士”，他的确是执着和坚韧不拔的。他一次又一次地攻打古埃及：先是在公元前359年以军队统帅和王位继承人的身份出征，后继承王位，又以波斯国王的身份出征，而在此次出征之前，为巩固国内统治，80名最亲近的王室宗亲被清洗。28
公元前343年，由于古埃及一再拒绝投降，失去了耐心的阿尔塔薛西斯三世亲率30多万大军出征。在三角洲一带的尼罗河支流，他的军队与奈科坦尼布二世率领的海军展开决战。29作为古埃及本土最后一位统治者，战败的奈科坦尼布二世如丧家之犬，仓皇逃到孟斐斯，抛下特比拉等驻兵重镇和港口，任其自生自灭。
特比拉的居民在这场战争中并没有落得好下场。在2003年7月湿热的一天，我们团队根据40年前从太空拍摄的像片，发现了尘封已久的阿尔塔薛西斯三世获胜的遗迹。
这些像片来自美国为应对冷战而启动的一项秘密计划，即日冕计划（CORONA）。在20世纪60年代和70年代初，该计划搜集了世界各国成千上万张影像，目的就是在大规模景观变化之前，及时记录当地的地形地貌。大规模景观变化的原因，包括大坝的建设、城市化、人口增长和气候变化。幸运的是，对准北非和中东的摄影机记录下了现在已被破坏或不复存在的遗址。从考古学上讲，这些影像对我们了解古埃及为何衰败具有重要意义。
在对日冕计划1972年拍摄的特比拉台形遗址影像进行分析研究之后，我发现遗址的中北部和中南部区域存在大规模的线形遗迹（见图1-1）。这会不会就是我们想要找的神庙围墙呢？30
通过磁力测定以及相关的发掘工作，我们已经大致了解了这个城镇的布局31，但要从地面确定围墙的具体位置，并非易事。一般来说，遥感专家会获取航摄像片并进行地理参照（georeference）；换言之，就是将早前的像片同当前的卫星影像进行比对，然后在地图上标出每一个像素的x、y坐标。在地理参照过程中，你需要在航摄像片中找出至少6个可辨识的未发生变化的坐标点。对于那些年代久远、像素较低的非数字化影像，拉伸放大后，也可以与现代影像比对，亦能实现同样的地图标记效果。这种方法被称作“橡皮拉伸”（rubber sheeting）。顺便说一句，这个名称可不是我编造的。
不过，由于现代景观已经发生了巨大变化，所以很难对那些年代久远的影像进行精确的地理参照。比如，我用的1972年的日冕计划影像，就缺少足够的比对点。究其原因，很可能是使用“橡皮拉伸”造成的影像失真。仅凭这些影像就想找到地面围墙的具体位置，显然是不可能的。
图1-1 特比拉台形遗址的神庙围墙图-日冕计划卫星影像
资料来源：美国地质调查局。
最初的磁力测定工作涵盖多个20米见方的单元，重点是寻找地下的泥砖结构。但测定数据并没有显示地下存在大规模的围墙结构。我们知道神庙的围墙有好几米厚，而且长度超过100米。在发掘季剩余的一个月里找出它的位置，突然间似乎成了一个重大挑战。
格雷戈里想出了一个绝妙的点子：刮掉遗址表层10厘米厚的粉土，以便让埋在下面的泥砖层的顶部露出来。但要把整处遗址刮掉一层，将需要几个星期的时间。为此，他转变思路，按照卫星影像给出的围墙的大致位置，把整个土墩划分成多个10米见方的单元。然后，我们在每两个单元之间刮出一个小窗口（见图1-2）。这就像是在地砖间探索，看看底下有什么，而不是把整个平台上的地砖一一撬开。
图1-2 在特比拉台形遗址发掘围墙
资料来源：作者。
每隔一段固定距离，被埋建筑物的轮廓就会显现出来。神庙的围墙应当呈现出致密的泥砖结构，且中间不存在断层。在找到一个符合该特征的区域后，我们便一直挖下去，最终挖到墙的两个边缘，彼此相距约8米。大规模的泥砖围墙就在这里，而且它跟日冕计划卫星影像观测到的围墙厚度是一致的。成功搞定！
历史长河中的围墙
我们继续向南挖了近100米，碰到一个90度的转弯，然后向西。在古代建筑的拐角处，往往会发现各种有趣的物件：地基沉积物和可确定年代的材料等。在这种情况下，我们别无选择，只能继续深挖。
哪位团队成员被分派到哪个发掘单元，向来都是靠运气的。这一次，幸运之神降临到了我头上。我负责东南角一个2米见方的单元，开始挖掘表层的密实粉土。出人意料的是，在我往下挖了10厘米、20厘米甚至30厘米后，粉土的密实度或颜色仍未发生变化。其间也没有挖到任何物件。
就在我感叹运气不佳而准备放弃这个发掘单元时，我却突然挖到了一块几近破碎的奇特红砖。然后又挖到一块。紧接着又是一块。这些红砖并不是墙体的一部分，它们被堆到一起，形成了一个很陡的斜坡。随着越来越多遗迹的出现，我们发现这几十块红砖似乎是被人堆到角落，后又点火焚烧的。
在做完规划、测绘和拍照记录之后，我开始移除砖层。但突然出现的一道金光，让我立刻停下了手——在定居环境遗迹中，黄金的稀有程度堪称凤毛麟角。紧接着又发现了一个长约5厘米的青铜物件。我们团队的工作人员在筛挖出的泥土时，发现了更多金箔，它们粘在看起来像是木炭的东西上。之后，出土的物件越来越多：青铜、青金石、宝珠、红玉髓，以及筛出来的近四分之一三明治袋的金箔。这让我们团队困惑不已：在距离地面超过80厘米的地方，为什么会有火烧的痕迹，又为什么会有如此多宝物？
在特比拉台形遗址另一侧搭建的帐篷区内，考古绘图师、登记员沙基拉·克里斯托杜卢一边清理和绘制出土的物件，一边梳理这些物件所代表的意义。从尘封已久的泥土中，我们挖出了精美的青铜铸件-各式各样的王冠、编成辫子的假胡须和公羊角等。这些铸件都有榫头，便于将它们榫接在木雕上。
但这些铸件所榫接的并不是普通雕像，而是神像。只不过这些神像如今已经不复存在，只剩下了金箔和青铜铸件。特比拉的诸神已然葬身火海。黄金是诸神的肉身，而青铜物件则是其永恒权力的象征。这些神像与其说代表神祇，倒不如说是具象化的神祇。匠师用半宝石来装饰神像的眉毛和眼睛，从而赋予它们生命。祭司每天为它们清洁、涂油并装饰打扮，跟时下印度神庙里的诸神供奉仪式并无二致。
我们很难想象，罗尼费尔人在看到神像被摧毁时，心里会有什么感受。
当阿尔塔薛西斯三世和他的军队从河边码头上岸，蜂拥入城大开杀戒、大肆劫掠时，神庙的毁灭可以说是传递了一个可怕的信息。全副武装的士兵手持锋利的铁质短刀，砍杀睡意未消的平民，随后撞开神庙巨大的双扇门。当值的祭司也许想过抵抗或躲藏，但围墙堵住了他们的去路。来势汹汹的士兵沿着石砌路冲向神庙圣殿，荡平了至圣所，而神殿中的奥西里斯、阿蒙和其他神祇亦毫无还击之力。
在摧毁神像时，可能是那些士兵掠走了上面的半宝石，据为己有。在离开之前，他们又将诸神像付之一炬。也可能是他们爬上了墙头，在众目睽睽之下，将神像摧毁殆尽，然后又把碎片扔到了墙下，因为我们发现围墙的基槽就在这些碎片下面。在古代，这种朝地上摔碎神像的破坏活动时有发生。大火把泥砖烧成了红色，围墙坍塌之后掩埋了神像的碎片。也正因为如此，这些碎片在地下沉睡了2 000多年。
在波斯人占领埃及之后，那天在神庙乃至城镇中可能发生的种种事情就凭空消失了；大屠杀场景如同电影胶片中的一帧，过去的就过去了。神庙不仅是一个宗教中心，也是经济引擎和政治机器。此外，它还可能是一个显眼的攻击目标——若是跟卢克索的神庙相似，那么它的围墙会有10米乃至更高。在阿尔塔薛西斯三世夺取埃及控制权的过程中，埃及各地被摧毁的神庙还有很多，远不止这一座。
河流导致城市毁灭
古埃及人本应对来自水路的入侵做好充分准备，但他们太平日子过得太久了，总以为自己是安全的。
而这背后的原因，正是他们赖以生存的那条河流的年度泛滥周期。在尼罗河上游数百英里处，季风降雨导致两条支流——青尼罗河和白尼罗河水位上涨，尼罗河河水随之泛滥。在每年夏季的几个月里，尼罗河肥沃的淤泥就会在原野上沉积下来。古埃及成了一个建在群岛之上的民族国家，全国各城镇的居民无一不在等待洪水退去。
平均来看，尼罗河每年可以给整个洪泛区带来1毫米厚的淤泥，当然，有的年份会多一些，有的年份会少一些。这样算下来，淤泥每1 000年就会增厚1米。32在古都孟斐斯附近，也就是靠近三角洲顶端的地方，尼罗河分成七条支流以及无数条运河，注入地中海。河流中未及沉积在洪泛区的淤泥会在入海口再次沉积，慢慢形成陆块，并不断扩张。
久而久之，三角洲东部原本完全不能通行的沼泽地就渐渐变成了宜居区，而自古王国时代就有人定居的小城镇如特比拉，也一步步兴旺起来。如果沼泽地依然存在，古埃及将无懈可击，阿尔塔薛西斯三世的入侵也将会以失败告终。然而，当这位波斯国王率军从水路出征古埃及时，后者已经开通了河运。最终，随着时间的推移和淤泥的不断沉积，古埃及在不知不觉中踏上了被征服的道路。
在这个故事的结尾，让我们回到故事的起点：太空。在如今的三角洲地区，卫星影像显示，尼罗河的七条支流中现仅存两条。特比拉台形遗址已经成为内陆遗址，距离地中海超过60千米。你很难想象，这处遗址曾经紧邻一条通往地中海的大河。事实上，特比拉已经所剩无几，现代人年复一年的侵占和掠夺，使得这处遗址的规模越来越小。三角洲地区的其他很多遗址，也都面临着相同的命运。早期的游客曾评论说，目之所及，三角洲地区的土墩就像蚁冢一样密密麻麻。如今，从一个台形遗址到另一个，开车都得半个小时乃至更长时间。
我们的运气很好，历史记载了阿尔塔薛西斯三世对罗尼费尔开展的毁灭行动，而且日冕计划也拍到了该遗址的一处重要遗迹的影像——要知道，在之后的卫星数据中，已经看不到这处遗迹的踪迹。虽然我们对阿尔塔薛西斯三世发起的这场战争不甚了解，但发掘工作为我们带来了更多有助于解开谜团的拼图资料。
随着气候变化和城市化对世界各地遗址的不断破坏，我们必须考虑的一个问题就是，这个世界上究竟有多少拼图会彻底消失。
好消息是，得益于卫星技术的飞速发展，我们在更广阔的区域以及我们先前认为不可能存在遗迹的区域，都取得了新的发现，而且发现的速度越来越快。那里埋藏着成千上万不为人知的故事——古文明的兴盛、衰败和重生。而要进一步了解这些文明，我们首先需要深入探究太空考古学这个领域是如何形成的。
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[1]“ISIL”是西方政治家和媒体称呼该极端组织时所使用的英文首字母缩略词，而阿拉伯地区一律使用“ISIS”，全称是“伊拉克和沙姆伊斯兰国”，简称“伊斯兰国”。——编者注
[2]1英尺=0.304 8米。——编者注
[3]第三中间期，国内一般指公元前1085——前656年，古埃及历史上第三个混乱时期，包括第二十一王朝至第二十五王朝。——编者注
2 太空考古学
通过太空中的卫星，把目光重新投向地球。
作为考古学的一个分支，太空考古学乍看之下似乎是滑稽的、科幻的，听起来好像是我们想在火星上寻找外星人家园的证据、地外文明的箭镞或小绿人的木乃伊。这些无疑会引起天体生物学家的兴趣，但太空考古学家其实是通过太空中的卫星，把目光重新投向地球。
毕竟地面是一个合适的起点。普罗大众的脑海中舞动着的，是沙漠中隐约闪光的帐篷和扬起千年飞尘的衣衫褴褛的队伍。就现代考古而言，如今的田野调查不仅需要泥铲和簸箕等传统工具，也需要移液管和激光扫描仪等先进工具。但最初点燃我考古激情的，是对田野调查中的考古学家的浪漫化想象。
发掘古遗址是我工作中最棒的一部分。每当有机会用上我的马歇尔敦牌泥铲时，我心中那个5岁的孩子就禁不住欢呼雀跃起来。每一铲下去都有可能带来新的发现。不妨想一想玩刮刮乐彩票时的兴奋感：那是一个令你期待、心跳加速的时刻，但也可能是一个让你失望的时刻。这样的时刻，现在每天可以重复上万次。你永远都不会忘记第一次挖出完整物件时的那种感觉。
首次发掘
1999年夏，也就是在大二升大三期间，我生平第一次参加发掘工作，地点是位于埃及三角洲的门德斯，即古代的巴奈布杰代特[1]之地。1从开罗往东北方向出发，约3个小时的车程。2大多数时候，我们都在高温酷暑下劳作，试图从连绵起伏的大地之下发掘3 000年来错综复杂的历史。我们上一刻挖出的可能是公元前3000年的前王朝时代的闪亮陶器碎片，而下一刻挖出的则可能是公元100年的罗马埃及时期的陶器。3我负责挖掘的那个单元，大致可以追溯到公元前2200年的古王国末期，古王国时代也被称为“金字塔时代”。
埃及三角洲的7月是湿热的桑拿天。我和我的埃及团队发现了一个泥砖筑的马斯塔巴的边缘，马斯塔巴是古埃及典型的长方形陵墓。我们继续往下挖，一件淡红色的圆形陶器渐渐露出轮廓，这可能是古代的某种容器。接下来的每一秒，我都在想它会不会是完好无损的。在清理周边的泥土时，我一边努力按捺心中的兴奋之情，一边在原始位置对陶罐进行测量、定位、绘图和拍照记录，而做完这些之后，才可以将其移出。
陶罐上能看到裂缝，表明它已经破碎了。
经过半个小时的细致工作，一个扁平的酒罐的三维拼图终于完成了。这个罐子的表面覆着一层苍白的泥釉。这类常见于古王国时代的罐子4，即便是拿到以酒吧著称的新奥尔良波旁街，与那些时尚的、有格调的盛酒器摆放在一起，也没有任何违和感。在我看来，它不仅是一个物件，可能还蕴含着一个故事。也许是逝者的亲属把这个罐子放进了墓室。他们口中念念有词，通过吟诵古老的祭文，确保逝者从此永远都能享有源源不绝的面包、酒和其他生活用品。吟诵完毕，他们饮酒凭吊逝者。5在正式拍照存档前，我一边轻轻擦拭这个酒罐，一边仔细端详起来，发现在靠近罐口处有一枚指纹。这是4 200年前制作这个罐子的陶工留下的。
在我的想象中，把我和陶工隔离开来的时间鸿沟，一下子被这枚指纹弥合了。
指纹看上去是由粗壮有力的大拇指按下的。我的脑海中浮现出一个满头大汗的中年男子，正在陶轮前埋头拉坯。古代的亡灵节，即用以悼念逝者的“瓦格节”（the Feast of Wagy）6，正一天天临近。在此之前，他得把手上的活儿干完：制作两套精美的餐具，一套给地方长官，一套自用；制作200个酒罐，供门德斯的居民使用。7在离他不远的地方，几个儿子正在生火烧窑。窑炉温度过高，陶器会开裂，而温度过低，陶器又会破碎。女儿端给他一小杯凉水。他露出微笑，感谢众神的福佑。万能的公羊神8，他会如期完工的！
发掘工作的最大挑战
一旦从历史的水龙头中品尝过这样一滴甘露，你就永远不会忘记它，而且你内心对它的渴望也永远不会熄灭。埋藏在地下的，是一个个不成篇章的故事，而不是单纯的物件。考古学家的工作是，理顺这些杂乱无章的句子，进而拼凑出完整的文章。但当你面对的是看不到任何遗迹的褐色淤泥、现代田野或茂密雨林里的土墩时，挑战就开始了——你该从何处入手？
这正是不断发展的太空考古学所要回答的问题。
就大多数未被发掘的考古遗址而言，你从地面很难看出地下可能存在的任何遗迹。当然，世界各地的情况差别很大，这还取决于具体的发掘地。比如，在伯利兹，雨林地面冒出来的高耸土墩，放眼望去就跟周围平缓起伏的景观格格不入，这表明了建筑结构的存在。再比如，在希腊，橄榄树林下可能会出现呈直线排列的碎石，显示有着3 000年历史的墙体的位置。对考古学家来说，在发掘工作中如果能有这类明显的线索指引，那是相当幸运的。
如果线索不是那么明显，我们就会受挫。虽然考古学家的使命是考古发掘，但他们每年进行田野调查的时间也就区区几个月，除非他们供职于文化资源管理公司或出任政府文化部门的专职考古学家。就算是印第安纳·琼斯，也是要授课的。紧张的日程安排和有限的经费预算，意味着考古学家必须用好他们的每一分钟和每一分钱：就公共资金资助的发掘项目而言，负责任的考古学家绝不希望在发掘结束时连一点儿成果都拿不出来。
现在，无论是向公共机构还是私人机构申请考古经费，都需要有清晰明了的研究问题和高水准的项目构思，同时还要附加相应的证据，比如对待发掘遗址的初步评估等。
有些遗址的发现纯属运气或偶然。举例来说，1900年，在埃及亚历山大港的一处采石场，一头驮着人的驴不小心跌入了一口废弃的矿井。这头可怜的驴跌落的地方，恰恰是2世纪至4世纪罗马埃及时期的地下墓穴，里面葬有数百人之多。如今，这处遗址已经成为亚历山大港必看的旅游景点之一。9
在世界各地，现代城镇的地下都埋藏着这类遗址。在读研究生期间，我曾经到埃及中部地区开展调查工作，确实需要找当地人帮忙确认卫星影像上的线索，看看现代城市景观下是否埋有古城。在代勒加，科普特教堂的牧师带着我走下两段楼梯，来到用来举行洗礼仪式的圣室。圣室内部是用6世纪的浮雕装饰的，而这些浮雕来自当地最早建立的科普特教堂。这座教堂就在我们脚下大约20英尺的地方。只不过，在这个小小的意外发现中，没有任何驴受伤。
大多数考古学家都会向古今各路神灵祈祷，以求发掘成功。当然，他们嘴上可能不承认这一点。我们搞考古工作，博爱一点儿总归是没有坏处的！除了出乎意料的发现，考古学家还依赖各种各样的方法，来确定我们脚下埋藏着什么。
最简单的方法是实地踏查（fieldwalking）。一组人或单独一个人沿着等距的平行线踏查，可以看到一处遗址或一个地区的地表遗存的变化情况。如果突然发现大量炉渣，那就表明这里可能是一个工业区，炉渣是金属冶炼产生的副产品。如果同时发现细小的石灰石碎片和碎骨，那就表明这里可能有一个高等级墓地，石灰石碎片来自石棺或陵墓建筑。如果发现大面积的成堆的石灰石碎片，附近或许还有完整的或残缺的刻字石碑，那就表明这里可能有一座被破坏已久的宗教建筑或宏伟宫殿。如果发现古代陶器或其他遗存，则可以据此推断地下遗址的年代。
实地踏查——跟有蹄动物一样脚踏实地，可以说是遗址调查中很重要的一步，但唯有空中视角才能为我们提供全景——不仅是遗址的全景，还有遗址与周围景观之间关系的全景。事实证明，航摄像片在评估古遗址方面已被证明是无价的，而如今用无人机拍摄的影像更令人惊叹。然而，从更高高度拍摄的影像，比如在一个比国际空间站10还要高200英里的地方拍摄的影像，已经为考古学的这个分支铺平了道路。时至今日，这个分支也就是太空考古学已经改变了我们对过去以及未来考古发现的潜力的理解。
太空考古学的工作原理
为探明早已埋于地下的河流或隐秘的古遗址，考古学家会运用高空数据或太空数据来评估现代景观。简单来说，这就是“太空考古学”——有时也被称为“卫星考古学”或“卫星遥感学”——的工作范畴。之所以被称为“太空考古学”，归根结底在于美国国家航空航天局（NASA）。2008年，NASA发起了一个名为“太空考古学”的项目11，为科学家运用卫星数据集开展大规模考古研究项目提供资助。如果NASA认定我从事的是太空考古工作，那我有什么理由不同意呢？
解读卫星影像既是一门科学，也是一门艺术。所有遥感专家都必须从“光的语言”学起，而这并非易事：电脑屏幕上一张看似简单的高分辨率像片，其实一点儿都不简单。影像中的每一个像素都代表着地面上的一个确切区域。12构成像素的光不仅包含光谱的可见部分，还包括光谱的近红外光、中红外光和远红外光，当然这取决于卫星影像系统。此外，地表万物都有自身独特的化学特征，而这些特征会影响光的反射：就跟我们每个人的签名都独具特色一样，不同的物质在光谱上呈现的特征也是独一无二的。13
比如，在卫星影像中，沙地看起来就跟森林很不一样。当你需要辨别森林中的不同种树时，化学特征就该发挥作用了。一片橡树林和一片松树林呈现的化学特征是不同的。从视觉上看，它们呈现的可能是同一种绿色，但利用红外光谱的不同波段来观察植被健康状况的细微差异，我们就能觉察到色差。14
遥感专家可以通过为影像分配“假色”来扩大这些差异15，进而突出地表遗迹的所属颜色类型。在遥感程序（类似于图像处理软件Photoshop的颜色替换功能）中，你可以为任何像素簇选用任何颜色。一般而言，用户会被推荐选用与现实世界相近的颜色类型，比如植被选用绿色，建筑物选用灰色，土壤选用褐色，等等，但在实际运用中，你可以随心所欲地选用任何颜色。在会议演示或出版物中使用的卫星影像，有时看起来就像糟糕的迷幻之旅。16
科学家会购买特定类型的卫星影像，以满足自身对数据的需求。每一颗卫星都是不同的，而太空中有超过1 700颗卫星。17在这些卫星中，大多数是低分辨率的气象卫星或大型卫星，分辨率在15～30米。这些影像也是最常用的卫星影像，原因有二：其一，它们是免费的；其二，它们的数量有数百万张，最早可追溯到1972年，便于了解短期和长期的景观变化情况。18除了这些免费的影像，还有传感器捕捉的高分辨率影像，比如数字地球公司的卫星WorldView-3和WorldView-4，其分辨率在0.31～1米，也就是说，单一像素所代表区域的大小，介于苹果平板电脑和俯伏冲浪板之间。
考古学家会观察和提取卫星影像中的像素数据，进而了解地面景观短期变化和长期变化之间的微妙差别，或用来探测遗迹。根据相应的研究问题，我们调整和测试各种算法。最终，凭着纯粹的运气或灵光乍现，我们会找到感兴趣的东西。但通常而言，我们之所以有所发现，是因为我们已经穷尽了可能的方法。如果电脑屏幕最后显示的是毫无意义的东西，那也是科学的结果。只不过，我们需要从头再来。
重大发现可遇不可求
人们普遍以为遥感工作是一项处处充满“惊喜”的工作：只要动动手指点击按钮，就能让埋藏在地下的秘密大白于天下。事实并非如此。典型的遥感专家每周会盯着电脑屏幕看几十个小时，而且常常会因程序崩溃而对工作大加咒骂。有时即便取得了一些成效，他们的咒骂也会加码，因为他们忘了记录自己是如何到达这一步的。没有办法，只好重新开始。在这个领域，你要做的就是不断学习和持续改进流程。
当然，“惊喜”时刻的确存在。我最喜欢的遥感故事之一，与一处非常有名的玛雅遗址有关；该遗址位于伯利兹的卡拉科尔，时间可追溯到1 000多年前。192008年，一项名为“激光雷达”或“激光探测及测距系统”的新型激光成像技术开始崭露头角。
阿伦·蔡斯和黛安娜·蔡斯是一对喜爱交际的夫妇，为人慷慨大方。他们都是美国内华达大学拉斯维加斯分校的考古学家，对卡拉科尔玛雅遗址进行了近30年的调查研究。20中佛罗里达大学生物学家、热心肠的约翰·魏沙姆佩尔（John Weishampel）最初建议蔡斯夫妇使用激光雷达技术探测卡拉科尔玛雅遗址时，这对夫妇还持半信半疑的态度。此前他们从未听说过这项技术，但如果能够借此获得更多的研究经费，他们是乐见其成的。在几十年的发掘过程中，他们一直战战兢兢，唯恐错过任何重大线索。
他们让约翰继续申请经费——如果他愿意的话，也可以尝试利用激光雷达技术来探测茂密雨林树冠下的遗迹情况。这项工作听起来就很有意思，而且对任何人都没有坏处。
成功申请到研究经费后，约翰委托一架美国飞机前去收集点云数据，即在遗址周边一大片区域内，收集从植被顶部到雨林地面之间的数以十万计的点云数据。21如果用谷歌地球查看该区域，你会发现那里全是雨林——简直就是一片绿色海洋，除了几座知名的石灰石金字塔的塔尖高过树梢之外，你看不到任何古代遗迹。
在处理完所有数据之后，约翰向阿伦和一小群人展示了他的影像。阿伦的原话是：“天哪！”在场的其他人也都是同样的想法。另一名惊愕的同行表示，这些数据足够写100篇博士论文了。
第二天，黛安娜在打给约翰的电话中说：“阿伦整个晚上都盯着电脑屏幕，完全沉浸在那些影像中。他晚上没吃饭，第二天早上也没有吃。”仅在一夜之间，中美洲的整个考古领域就发生了永久变化：阿伦一个晚上发现的古代玛雅遗址的数量，就超过了过去30年他在丛林里梳理的数量。如今，在拉斯维加斯的办公桌前，不用到午餐时间，他就可以找到500处新的玛雅遗迹。22
这种全盘式的重新思考并不是高科技的闪光之作，而是数十年来考古学领域发展过程中出现的偶然结果。要理解这一点，我们需要简要回顾远眺古遗址的历史。
一切始于热气球和飞机
从技术上讲，最早从空中平台观察到的古遗址之一是巨石阵。23这处新石器时代（约公元前2500年）24的著名遗址由巨石构成，呈环状结构，屹立于英国南部地区草原上。这是现代异教徒钟爱的一个场所，每逢夏至他们都会聚到这里。1906年，英国皇家工兵部队气球分部的菲利普·亨利·夏普中尉利用系留气球拍摄了3张巨石阵遗址的影像。25不久之后，英国《古物学会》（Society of Antiquaries）期刊刊登了这些影像，引起轰动。考古学家得以看清遗址全貌以及遗址与周边景观之间的关系。对于影像中显示的地面的暗色区域，他们更是充满好奇，因为这表明地下可能埋有古代遗迹。从高空俯瞰地面，一个全新的世界由此打开。
一战期间，英国皇家飞行队的先锋飞行员经常飞越欧洲和中东地区。在他们的行动中，至关重要的任务之一就是航空摄影，用以确定火炮射程和敌军阵地的位置。26当初用于策划攻击的前线影像，如今已经成了重要的考古资料。27
后来，也就是在1925—1932年，安托万·波德巴德——绰号“飞行牧师”28，可谓精妙绝伦——驾驶一架双翼飞机飞越叙利亚和黎巴嫩的广阔区域，从高空拍下了当地很多古遗址的像片。29除了这些宝贵的早期像片之外，波德巴德还为中东地区的航空考古学奠定了基础。他强调，在清楚显现古代建筑方面，拍摄时点至关重要。比如，上午由于地面潮湿，拍出来的影像会显示较多的遗迹，而下午由于地面干燥，颜色相对单一，影像显示的遗迹就会较少。
与此同时，在英国，被广称为O. G. S. 克劳福德的奥斯伯特·盖伊·斯坦诺普·克劳福德率先将航空摄影技术运用到人居景观领域。克劳福德在一战期间服役于皇家飞行队，战争结束后加入英国地形测量局，成为专业考古人员。30虽然在一战时被德军俘虏，但在此期间，他完成了一部具有开创意义的著作——《人类与人类的过去》（Man and His Past），强调了地图在定义文化方面的重要性。31被英国新一代考古学家亲切称为“奥盖斯大叔”的克劳福德32，在英国各地标定了数百处新遗址的位置。33即便是在今天，他留下的那些英国航摄像片资料，对考古学家来说仍是非常宝贵的资源。34
作物标志——别总想着外星人
在早期的这些航摄像片以及后来的卫星影像中，大多数遗迹都显示为作物标志。作物标志正如其名称所示：植被生长得快，生长得慢，或者在某些情况下根本不生长，都取决于地下环境，亦揭示地下是否埋有城墙乃至整个建筑物。35
我们分开来细说。想象一下石墙的地基，随着时间的推移慢慢被泥土覆盖。之后，墙头长出了杂草，但同几英尺之外的杂草不同，它们的根无法深扎进地下。这样一来，它们就不能充分生长，健康状况也不及周边的杂草。在干旱季节，它们可能全部会枯萎而死。
沟渠的情况则刚好与之相反。随着时间的推移，枯萎腐烂的植被会填满沟渠，进而形成肥沃的覆盖层，形成新植被的理想生长环境。沟渠里的杂草和其他作物茁壮成长，比周围的长得更高、更健康。
高的或矮的植被在地面形成的阴影，在航摄像片中是很容易识别的，而植被健康状况的细微差异，则可以通过卫星的近红外影像予以辨别。比如，叶绿素含量在近红外影像中就看得很清楚，因为在这种影像中，所有植被都呈现红色。36下次如果你家孩子问草为什么是绿色的，不妨用这种方式来解释。我儿子的反应是：“妈妈，你真是个怪人。”
这些作物标志有着有趣的历史。漫步田野，你同样也会看到这些标志。正如英国古物学家威廉·卡姆登所指出的，早在500多年前就有观察力敏锐的行人提到这些标志。卡姆登以最早抵达英国的传教士的名字，将作物标志命名为“圣奥古斯丁的十字架”。37
我经常收到来自欧洲的邮件：发件人会把他们在谷歌地球上观察到的作物标志的截图发送给我。这些图片常常给我留下深刻印象。大家都有敏锐的眼光。在自然界中，呈直线的遗迹非常少见，而且由直线交互构成的遗迹更是难得一见。所以，如果你在英国、法国或意大利的卫星影像上发现了多个相互关联的方盒标志，那么你很可能发现了一处古罗马住宅。38即便一块地已经被耕种了数千年，地下的石基也依然会存在，且依然会影响作物的生长。尽管最终目的是去酒吧吃午餐，但在惬意的周末漫步英国田野时，我再也不能悠闲地逛下去了。我时时刻刻都保持着警惕，万一脚下踩的就是遗迹呢。
从二战到太空时代的开启
二战之后，考古学家和其他科学家逐渐认识到了新兴的彩色技术和红外技术的价值。在此驱动下，遥感技术领域经历了一场重大革命。其实，我的外公哈罗德·扬教授在1950年发表的一篇论文中写道：“相对而言，航摄像片在林业领域的应用还处于非常初期的阶段。很多研究人员正试图厘清航摄像片的局限性以及有效利用这些像片的方法。目前，彩色胶片种种可能的应用，还鲜为人知。”39
从那时算起，到现在不过70年的时间。如今，我们不仅可以用手机对各种物体进行三维扫描，还可以在遗址现场拍摄热红外影像。40这些技术的出现，迄今也不过两代人的时间——在我们人类历史上，这只是一瞬。
在我外公那个年代，考古学家可以接触欧洲和中东地区的成千上万张军事影像，用以规划新的考古调查。在剑桥大学J. K. 圣约瑟夫等先驱的引领下，航空摄影成为标准的考古工具。身为地质学家的圣约瑟夫在二战期间开始接触航空摄影，当时他服役于英国飞机生产部。战争结束后，他利用英国皇家空军开展飞行训练的机会，在英国各地拍摄主要景观的影像，为剑桥大学留下了超过30万张像片。他在授课时会辅以大量精彩的像片，让人听得津津有味，但他之所以被人称为“圣乔”（Holy Jo）41，原因在于他讲话的方式：高高在上地布道。
各界对该领域兴趣的增加，最终促成了1963年首届航空摄影国际学术研讨会的召开。421966年，圣约瑟夫出版了航空摄影领域的一部鸿篇巨制：《航空摄影的应用》。43随着新的军用火箭计划的启动，考古学家可以把目光放到更高、更远的地方，全方位监视这个世界上的新旧事物。
太空竞赛为今天的考古学家带来了意想不到的结果。始于20世纪50年代的日冕计划、火绳计划（LANYARD）和氩计划（ARGON）均属美国政府绝密的间谍卫星计划，旨在侦察和监视冷战期间苏联的各项活动。从1960年到1972年，摄像系统不断由火箭送入太空，拍下了地球表面很大区域内的高分辨率黑白像片。一架特别设计的飞机会在空中收集由降落伞载运的胶卷胶囊。这些像片有着惊人的分辨率，突破性的最高分辨率可达1.8米，而且有助于绘制发展中国家在20世纪60年代和70年代大规模人口增长之前的景观。44
1995年，时任美国总统比尔·克林顿下令将这些数据集解密45，只要支付少许费用，任何人都可以访问这些数据集。这也是我在遥感课堂上最爱向学生展示的数据集。虽然美国政府的档案管理员现在已经全面实现了这些影像的数字化46，但在21世纪初，资料形式仍是长度超过1米、宽度为10厘米的黑白负片胶卷。我喜欢把胶卷拉出来，举高放到眼前看，就像20世纪50年代电影里的间谍那样。学生也喜欢这么做，只不过现在他们主要是对着电脑屏幕做研究。毋庸置疑，这种动手机会是会增添乐趣的。再者，当我对学生说“没错，我在研究中会用到谍报影像”时，他们可能会觉得我很酷。总之，只要是有利于教学的，我都会拿到课堂上用。
玩笑归玩笑，我们言归正传。对埃及古物学家和近东考古专家来说，这些数据是不折不扣的金矿。在埃及，20世纪60年代修建的阿斯旺水利枢纽从根本上改变了尼罗河流域的景观，而城镇建设也随之扩展，延伸到先前的洪泛区。然而，这意味着无数考古遗址都被夷为平地。在叙利亚和伊拉克，作物种植区同样发生了变化：在短短50年的时间里，那些原本人来人往的古道以及很多河道都消失了。47这些考古景观现在已经看不到一丝踪迹，如果没有日冕计划留下的数据集，它们将彻底淹没在历史长河中。
NASA的卫星革命
20世纪60年代是美国历史上的一个巨变时期，暴动、抗议、游行示威、越南战争、登月竞赛，以及号召“烧掉胸罩”的女权运动层出不穷。学术界也同样出现了一些重大变化。当时，美国已经试验过气象卫星，比如1960年发射的电视和红外观测卫星（TIROS，泰罗斯卫星）。泰罗斯卫星就像是一台沉重的小型电视机，与时下的卫星相比非常小巧，作业时间也比较短，只有78天。但正是通过它，科学家看到了卫星捕捉地表数据的潜力。48受此次成功的鼓舞，NASA建造了更多的泰罗斯卫星：TIROS-7的作业时间更是达到了1 809天，在1968年停止运行之前，它总共拍摄了3万张卫星云图。49
1964年，美国着手筹建可测绘地表景观的成像系统。50在肯尼迪政府和约翰逊政府时期担任内政部长的斯图尔特·尤德尔，是一位充满激情的自然资源保护主义者，很早就参与了相关的保护活动。通过早期的太空影像，他看到了家乡亚利桑那州的电厂污染情况，备感震惊。尤德尔心中清楚，利用太空影像讲故事很有说服力，而且太空影像在推动科学发展方面有很大潜力。为此，他向约翰逊政府提出了建立全球观测系统的愿景。结果就是，美国内政部和NASA联手开发了后来的地球资源技术卫星1号（ERTS-1）51，也就是现代天文爱好者熟知的陆地卫星1号。52这一次，NASA同样邀请全球人员参与。总共有300名科研人员参加了ERTS-1的数据分析工作，其中超过1/3来自美国之外的100多个国家和地区。53
这是科学思维的一次意义非凡的转变，在冷战期间尤为特别。事实上，在讨论ERTS-1的数据的初期结果时，科学家就曾强调，希望开发人人可用的跨国合作的遥感项目，以造福全球。54这种合作精神对NASA后期的数据分享政策产生了深远影响。更令人惊讶的是，NASA竟然向公众免费开放了收录有数百万张卫星影像的数据库。55若非免费，我在这方面的支出想必已经有数十万美元之巨。没有这些数据，我根本做不了我的研究工作。
装备有多光谱扫描仪的ERTS-1，可以捕获电磁光谱中的绿光、红光和两个红外光波段的数据，分辨率为80米。56得益于该卫星提供的数据资料，科学家不仅可以绘制地球表面75%的景观，而且每隔18天能获得同一地点的更新影像。对环境制图、灾难监测和资源管理来说，这类具有对照性质的数据是极其重要的。57
参与该项目的科学家称，这是NASA迄今为止为这个世界所做的最大贡献。1976年，基于ERTS-1的数据，科学家甚至在距离加拿大东海岸20千米的地方发现了一座“新岛屿”。58加拿大水文局的弗兰克·霍尔博士在探索这座新命名为“陆地卫星岛”的岛屿时，曾遭到北极熊攻击。59不用说，他赶紧逃命——真的是从大熊的攻击路线上跑掉的。
NASA的历史学家可能会把ERTS-1同冷战联系起来，而从技术上讲，我同意这一点。但在它于1978年——碰巧也正是我出生的那年退役之前60，我们或许可以说它在精神层面上有着更宏大的意义，这从当下七旬老人爱佩戴的彩虹发带与和平标志上就看得出来：这个世界第一次看到大陆板块之间并没有真正的疆界。61
