考古學(xué)對于過去人類社會的研究，主要透過重建與分析古代人們的物質(zhì)文化與環(huán)境資料，如器物、建筑、生物遺留等。對古代遺存的信息提取，離不開以田野發(fā)掘、整理研究為主的傳統(tǒng)考古和以理化分析為主的科技考古。隨著科技的發(fā)展，自然科學(xué)領(lǐng)域的許多方法都逐漸被應(yīng)用于考古學(xué)中。

廣域考古中的利器：遙感技術(shù)

相比地面的考古勘察，太空中的衛(wèi)星和天空中的飛機(jī)提供了不一樣的視角，也提供了不可替代的信息。遙感考古多使用可見光、紅外光、合成孔徑雷達(dá)等成像方法，獲取大面積的影像資料。古代遺存的土壤、微地貌、植被狀況與周邊環(huán)境會有細(xì)微的差異，各自有著不同的電磁波特征，在照片上仔細(xì)研讀，就可能找到城址、河道和長城等大型遺存。

在地廣人稀、交通不便的區(qū)域，遙感考古是考古人的利器，極大地減少了考古調(diào)查成本。新疆歷史上曾經(jīng)有許多長城，但受千余年的風(fēng)化侵蝕和人類活動的影響，長城遺存已經(jīng)和周邊的沙漠、戈壁等環(huán)境渾然一體，人眼很難看出長城的存在，而利用遙感手段可基本“復(fù)原”出新疆古代長城的樣貌。借助遙感考古，中國考古學(xué)家還在絲綢之路西端突尼斯發(fā)現(xiàn)10處古羅馬時期的考古遺存，揭示了古羅馬時期南線軍事防御系統(tǒng)的布局與農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

發(fā)掘出土的陶片

考古CT檢測儀

上海同步輻射光源顯微CT站用于考古研究

在人口稠密的地區(qū)，遙感考古可能避開人類活動的干擾。良渚文明是中國最早的文明之一，現(xiàn)在也是人口密集之地，人類活動對地貌影響很大。發(fā)現(xiàn)良渚古城附近的水利高壩系統(tǒng)后，考古學(xué)家利用20世紀(jì)60年代的美國衛(wèi)星影像進(jìn)一步開展篩查，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了良渚古城附近的水利低壩。

發(fā)現(xiàn)古物的制造奧秘：同步輻射光源

工業(yè)革命以前，人類社會的演化以工具材質(zhì)和工藝來劃分，如舊石器時代、新石器時代、青銅時代和鐵器時代等。根據(jù)加工工藝，人工制品可分為冷加工制品（如石器、玉器等）和熱加工制品（如陶瓷、玻璃、金屬等）。

人類制作工具的歷史就是材料利用史。早期人類對石頭進(jìn)行冷加工，從粗糙的打制石片、手斧到精致的細(xì)石葉，石器的形態(tài)和工藝反映了人類從200多萬年到1萬多年前的遷徙和文化交流情況。

至少在1萬余年前，中國先民就掌握了旋轉(zhuǎn)鉆孔技術(shù)。鴕鳥蛋殼做的珠子是舊石器晚期先民常見的飾品，鴕鳥蛋殼珠比較脆弱，直接用光學(xué)顯微鏡或使用硅膠翻模再掃描電鏡觀察的傳統(tǒng)鉆孔工藝研究方法并不適用?？茖W(xué)家們利用上海同步輻射光源對水洞溝遺址12地點(diǎn)附近的鴕鳥蛋殼珠進(jìn)行了無損的顯微CT（電子計(jì)算機(jī)斷層掃描）分析和三維建模，判斷蛋殼來自安氏鴕鳥。先民們從蛋殼內(nèi)表面使用扭轉(zhuǎn)鉆孔方法定位，如使用燧石做的尖狀器，再使用旋轉(zhuǎn)鉆孔方法來深入鉆孔，最后使用圓柱形磨頭并配合旋轉(zhuǎn)方法將穿孔打磨成圓柱形。

中國是陶器的起源地區(qū)之一，碳14測年表明江西仙人洞出土陶器的年代可以早到距今約2萬年。盡管中國先民的陶瓷制作工藝一直很發(fā)達(dá)，但古代陶工并沒有故步自封。大約在3 000年前，中國陶瓷業(yè)首次受到外來技術(shù)的影響，新的陶瓷制品種類——釉砂開始出現(xiàn)并成為當(dāng)時貴族階層的新寵。釉砂的引進(jìn)，促進(jìn)了中國古陶瓷呈色技術(shù)的發(fā)展。

盡管中國的青銅技術(shù)受外來技術(shù)影響很大，但是中國的冶金術(shù)應(yīng)該是獨(dú)立發(fā)明的。利用同步輻射光源X射線（X射線是一種頻率極高、波長極短、能量很大的電磁波）熒光分析面掃描，對比分析模擬樣品和陜西姜寨遺址發(fā)掘的距今約6 000年的黃銅片，發(fā)現(xiàn)后者的制作工藝是固體還原，比西亞類似工藝的人工冶煉合金砷銅還略早一些。正是已有了冶金術(shù)和發(fā)達(dá)的陶瓷基礎(chǔ)，青銅技術(shù)一傳入中原就很快得到廣泛應(yīng)用。

三星堆遺址考古取得重要收獲

識骨尋蹤：從形態(tài)學(xué)到DNA序列

骨頭（牙）包括人骨和獸骨，是考古遺址中出土較多的遺存之一。骨骼的形態(tài)分析、同位素、蛋白質(zhì)和DNA分析可為人類演化、遷徙、動物飼養(yǎng)等提供豐富的信息。

依據(jù)人類的頭骨形狀，體質(zhì)人類學(xué)家利用三維技術(shù)復(fù)原了北京老山漢墓主人的容貌。動物考古學(xué)家通過骨頭的形態(tài)學(xué)分析基本梳理了過去1萬年我國家養(yǎng)動物的利用過程。例如，通過齒列長度或齒列扭曲等形態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)距今1萬年左右的河北南莊頭遺址開始飼養(yǎng)家狗。

人骨的基因組和蛋白質(zhì)分析為人類的起源、遷徙提供了分子證據(jù)。例如，距今約4萬年的北京田園洞人基因組分析表明，該個體屬于晚期智人，但并非現(xiàn)代東亞人的直接祖先，與田園洞人遺傳關(guān)系最接近的智人是美洲亞馬孫人。

骨骼中含有膠原蛋白，是同位素分析的主要對象，其中，碳氮穩(wěn)定同位素分析可以重建先民或動物的長期飲食結(jié)構(gòu)。碳同位素?cái)?shù)據(jù)可以推算個體食性中C3和C4植物（如粟、黍、玉米等）的比例，在中國可以反映先民對粟作農(nóng)業(yè)的依賴程度。氮同位素?cái)?shù)據(jù)可以判斷先民的營養(yǎng)級，從而反映先民在食物鏈中的地位及可能的肉食來源。

考古發(fā)掘中常會出土大量種屬形態(tài)特征不明顯的碎骨或動物制品，如果都依賴DNA來鑒定種屬，成本比較高，蛋白質(zhì)分析可以低成本快速鑒定種屬?；谫|(zhì)譜的動物考古學(xué)利用膠原蛋白酶解后肽段的質(zhì)量數(shù)分布具有種屬特異性，可判斷樣品的動物來源。丹尼索瓦人的碎骨就是從海量碎骨中篩選出來，再開展基因組分析和同位素分析的。

植物考古中的好幫手：顯微鏡和質(zhì)譜

大約1萬年前，農(nóng)作物的栽培和馴化造就了人類歷史上的“新石器時代農(nóng)業(yè)革命”，塑造了全新的人類生產(chǎn)生活方式。

研究古代的植物利用，可以從植物大遺存和植物微小遺存入手。前者是指那些用肉眼或低倍顯微鏡就能看見的植物遺存，比如木材、果實(shí)、種子等，通過基于水的浮選法從考古土樣中提?。缓笳咧副仨毥柚弑讹@微鏡才能看到的微體植物化石，包括孢粉、植硅體等，通過重液提取法從土壤中提取。

科學(xué)家在距今1萬年左右的北京東胡林遺址，用浮選法找到炭化黍、粟顆粒，是考古發(fā)掘浮選出土的年代最早的粟和黍?qū)嵨铩：颖笔〈派竭z址窖穴植物灰化樣品中發(fā)現(xiàn)了年代類似的黍植硅體。河北省徐水縣南莊頭遺址和北京東胡林遺址出土的陶片或石器上，發(fā)現(xiàn)具有馴化性狀的粟淀粉粒所占比例在持續(xù)增加。由此可見，華北旱作農(nóng)業(yè)起源的時間應(yīng)在1萬年之前。

稻作農(nóng)業(yè)起源方面，從距今約1萬年的浙江浦江上山遺址浮選出的炭化稻米，地層中還有摻雜炭化稻殼的紅燒土殘塊，以及陶片中摻入稻殼的現(xiàn)象，說明當(dāng)時已經(jīng)開始種植水稻。在浙江田螺山遺址，水稻小穗軸和稻葉扇形植硅體形態(tài)的變化，反映出經(jīng)過約3 000年的種植，馴化稻成為主流。

施有機(jī)肥（糞）是提高作物產(chǎn)量最直接、最有效的途徑，古代補(bǔ)充土壤肥力主要依靠動物性糞肥。施肥管理將作物栽培與家畜飼養(yǎng)緊密結(jié)合起來，新石器時代中晚期陜西渭南白水河流域眾多遺址出土粟、黍作物以及相關(guān)動物骨骼，其碳氮穩(wěn)定同位素分析表明，該地區(qū)先民從距今約5 500年就已經(jīng)開始了長期、持續(xù)的施肥管理。

在陜西省秦陵博物院，兵馬俑保護(hù)修復(fù)團(tuán)隊(duì)成員為秦兵馬俑進(jìn)行彩繪保護(hù)

多科學(xué)手段：提取分子化石

先民在加工、利用和消費(fèi)生物資源的過程中，相關(guān)的有機(jī)物可能殘存或沉積在各種遺存上，它們統(tǒng)稱為有機(jī)殘留物。依據(jù)裸眼的可觀測性，可以劃分為可見殘留物和不可見微量殘留物。有機(jī)殘留物的載體主要包括動植物大遺存、處理動植物的各種工具和器物、可見的動植物制品和人體組織等，相關(guān)分析就是從載體中提取生物標(biāo)記物、脂類物質(zhì)或蛋白質(zhì)等有機(jī)分子并鑒定，從而判斷其生物來源。

利用紅外光譜、脂質(zhì)分析及單體脂肪酸穩(wěn)定碳同位素分析方法分析甘肅省酒泉市西溝村魏晉墓M5（M5為唐代）出土銅甑釜（分體甗）下半部分釜內(nèi)的白色膏狀殘留物，結(jié)果表明其應(yīng)為反芻動物油脂，推測是用銅甑蒸制牛肉或羊肉時滲流下來而形成的。

使用免疫法在距今約8 000年的浙江跨湖橋遺址檢測出生漆做的涂料和黏合劑。紅外和氣質(zhì)聯(lián)用分析表明，蜂蠟在戰(zhàn)國時期已作為藥物基體和黏合劑，漢代時又用作燈的燃料。使用碳14測年、透射電鏡和氣質(zhì)聯(lián)用等手段，證明三門峽出土古酒確實(shí)為西漢早期的古酒，而且還是可以止血消炎的藥酒。