«Апостериори»: Археологи научились видеть скрытые слои почвы прямо во время раскопок
Новости науки и технологий
Поддержите «Эхо», если вы не в России
Археологи разработали недорогую систему мультиспектральной съёмки, которая позволяет различать слои почвы и находящиеся в ней материалы, практически неотличимые невооружённым глазом.
Во время раскопок археологи последовательно удаляют слои грунта, соответствующие разным периодам и событиям. Границы между ними обычно определяют по цвету, структуре и составу почвы. Однако иногда эти различия настолько малы, что заметить их практически невозможно. Особенно сложны так называемые «чёрные земли» – насыщенные органическим веществом отложения, в которых разные слои могут выглядеть почти одинаково.
Это создаёт принципиальную проблему: археологические раскопки необратимы. Если исследователи не заметили границу или интересный материал до удаления слоя, восстановить его первоначальное положение уже невозможно. Некоторые особенности структуры памятника поэтому обнаруживаются только позднее, при лабораторном анализе собранных образцов.
В исследовании, опубликованном в июне 2026 года в Journal of Archaeological Science, учёные предложили использовать во время раскопок мультиспектральную съёмку. Вместо обычной фотографии участка при белом свете система последовательно освещает его светом разных длин волн и регистрирует, как разные материалы отражают это излучение.
Прототип построили на основе одноплатного компьютера Raspberry Pi 4 и камеры Raspberry Pi HQ. Учёные убрали из камеры фильтр, блокирующий ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Вокруг объектива установили светодиоды, работающие на 15 отдельных длинах волн от 365 до 940 нанометров, а также обычные белые светодиоды. В результате система охватывает ближний ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны.
Устройство испытали на археологическом памятнике Сорте-Мульд на датском острове Борнхольм. Это крупное поселение железного века, которое было населено примерно с начала нашей эры до XI века. На протяжении этого времени постройки неоднократно перестраивались, поэтому на памятнике сформировалась сложная последовательность тонких культурных слоёв. Некоторые из них имеют толщину всего от нескольких миллиметров до сантиметров и плохо различимы глазом.
Исследователи фотографировали одни и те же участки при разных длинах волн, а затем сравнивали полученные изображения. Для анализа использовали несколько статистических методов, позволяющих выделять различия между спектральными характеристиками материалов.
Мультиспектральная съёмка позволила различить несколько слоёв, которые на обычной фотографии выглядели практически одинаково. В частности, исследователи обнаружили дополнительный участок материала, визуально неотличимый от соседних отложений. Кроме того, анализ выявил тонкий тёмный слой между другими культурными слоями. По предположению авторов, он может представлять собой древнюю поверхность почвы и указывать на период, когда деятельность людей на этом участке временно прекратилась.
Система также способна обнаруживать флуоресценцию. Некоторые вещества после поглощения света одной длины волны испускают свет с большей длиной волны. При освещении ультрафиолетом с длиной волны 365 нанометров исследователям удалось выделить фрагменты костей среди окружающей почвы.
При этом авторы экспериментировали с определением флуоресценции без специальных оптических фильтров. Они использовали тот факт, что красный, зелёный и синий каналы обычной цифровой камеры обладают разной спектральной чувствительностью. Изменение соотношения сигналов между ними позволяет определить, что зарегистрированный камерой свет имеет другую длину волны, чем свет, которым освещался объект. Такой подход потенциально позволяет упростить устройство и ускорить работу на раскопках.
Главное преимущество новой системы заключается не столько в самой мультиспектральной съёмке – она уже применяется в археологии, – сколько в возможности быстро использовать её в полевых условиях. По оценке авторов, их прототип примерно в 20 раз дешевле гиперспектральных систем, применявшихся в предыдущих исследованиях. Полученные изображения могут помочь археологам ещё до удаления слоя решить, где следует провести более подробное исследование или взять образцы для лабораторного анализа. Авторы отмечают, что, если бы эта система была доступна им во время предыдущих раскопок Сорте-Мульд, это повлияло бы на выбор мест для отбора образцов.
Однако пока устройство остаётся экспериментальным. Его оптика создаёт искажения, неровности поверхности приводят к появлению разных теней при смене источников света, а наиболее подробная обработка изображений требует слишком больших вычислительных ресурсов для работы в реальном времени. Для автоматического определения материалов исследователи в будущем предлагают использовать модели машинного обучения. Но для этого сначала потребуется собрать данные о гораздо большем количестве типов почв и связать их спектральные характеристики с физическим и химическим составом.
В перспективе подобные системы могут дать археологам возможность увидеть скрытую структуру памятника во время раскопок – прежде чем исследуемый слой будет безвозвратно удалён.