如何用雷达实现太空考古？

　　考古是一项寻找和获取古代人类社会实物遗存，进而研究人类历史的一门综合性研究学科，对人类社会发展有着重大意义。然而，在经历了成千上万年的气候变迁、地质运动和人类活动的破坏后，不少古代遗迹逐渐消失在了人们的视线中。曾经的文化中心或许已经变成了不毛之地，仅存在于史书、甚至口口相传的故事中。
　　人类进入太空时代后，解决这个问题有了新的方案，利用天基雷达的遥感成像技术。它通过卫星平台主动向地面发射电磁波，回波成像。如果综合利用合成孔径、多频段和多天线干涉等技术，能形成高清晰度的三维立体目标区域空间信息。这项技术无视遥感区域的光照情况和气候条件，可以穿透大气、云层、植被、甚至干燥的浅层土壤，对于大范围地形地貌研究有着无法取代的价值。其中一个应用，就是＂太空考古＂。
　　图中橙色线条为古长城痕迹（图片来源：NASA）
　　一个经典案例是对中国古长城的深入发现。中国＂万里长城＂有很多知名的留存景点，但不少长城的古代痕迹早已逐渐消失在无人区中，甚至被植被、沙漠、雪原等覆盖，很难通过实地考察去搜寻到连续的建造痕迹。1994年4月和10月，奋进号航天飞机两次进入太空，它的核心科研任务是全面测试天基成像雷达（Spaceborne Imaging Radar），这是一个三频段的合成孔径雷达，能实现全天候、全天时、高精度、大范围的对地勘测。通过分析它飞经北京西部约1000千米处对荒漠区域的数张成像，科学家们惊奇地发现了共计约150千米长的古长城痕迹。当地虽然有人类农业开发的痕迹，但人们并未意识到脚下就是古长城，而这一切在太空中看起来如此明显。
　　SIR雷达对吴哥古城的成像（图片来源：NASA/Manfred Werner注释）
　　这次技术测试还有着众多让人意外的科学发现。例如，在撒哈拉沙漠的地下发现了尼罗河的古代河道痕迹，从古河道到新河道的变迁发生在1万年前，这或许能帮助考古学家们解释北非文明、乃至古人类文明的演化历程。在对柬埔寨吴哥古城的成像分析中，科学家们也进一步扩展了人类对这座古城的认知，在它的边缘和地下发现了更多古迹。
　　随着雷达技术的逐渐进步，人类通过天基合成孔径雷达（SAR）考古的水平也快速提升，为我们带来更多发现。事实上，这种技术不仅能用在地球上，还能用来对地外天体＂考古＂。
　　一个著名应用是对金星地形地貌的研究。金星环境极其恶劣，拥有稠密大气，气压是地球的92倍，阻挡了大部分光线抵达金星表面，几乎无法通过光学设备观察。大气成分中96%为二氧化碳，极强的温室效应导致全球都是超过400摄氏度的高温，且含有大量的硫化物，对它着陆探测的难度也极高。如果借助雷达技术探测，就会方便很多，且能穿过云层持续观察获得全球地形地貌图。这也是NASA金星探测器麦哲伦号获得巨大成功的核心原因之一，对于人类了解金星的演化历史大有裨益。
　　麦哲伦号探测器合成孔径雷达数据绘制而来的金星全景（图片来源：NASA）
　　在火星，雷达也有着卓越非凡的发现。2018年，科学家们公布了欧空局火星快车号探测器在火星南极极冠之下1.5千米处的重大发现。利用地表穿透雷达回波探测到的地下介电常数异常数据，他们发现了一个直径约20千米的疑似地下水富集区域，极有可能是个巨大的湖泊，相较而言杭州西湖最宽处仅约3.2千米。火星地下水湖的发现，是探测火星历史上里程碑式的重大发现，这里或许隐藏着火星深层次的地质演化历史。
　　火星疑似地下水湖的发现（图片来源：USGS）
　　不仅是飞在天体上空的轨道器，落在天体表面的着陆器和巡视器也可以使用雷达技术。2019年1月3日，中国嫦娥四号探测器成为人类史上唯一降落在月球背面的探测器，随后释放了玉兔二号月球巡视器，它的重要仪器之一是探月雷达，可以探测月球土壤几十米深处的情况。中国科学院国家天文台研究员李春来、苏彦领导的科研团队
　　，根据获得的物性参数和雷达图像，沿着月球车行走的106米的路径，在深度40米的范围内，识别出了三个不同次表层地层单元。他们首次揭示了月球背面着陆区域地下40米深度内的地质分层结构，发现地下物质由低损耗的月壤物质和大小不同的大量石块组成。这一研究成果对于了解撞击过程对月表的改造、火山活动规模与历史等具有重要意义。
　　嫦娥四号着陆区地下分层结构
　　因而，雷达技术不仅可以用于在地球上对人类痕迹考古，还可以被深空探测器带向地外天体，甚至着陆到天体表面，研究这些天体的演化历史和痕迹。随着人类迈向深空的脚步越来越远，雷达也将为人类揭开宇宙天体的更多神秘面纱。