Arkæologer ser fortiden i nyt lys

En arkæologisk udgravning minder på ét afgørende punkt om at spise en lagkage: Når først et lag er væk, får man det ikke tilbage.

Og hvis to lag i kagen har samme farve, kan det være svært at se, hvor det ene slutter, og det næste begynder.

Man kan selvfølgelig smage sig frem, men det går kagen jo i stykker af.

Arkæologerne har lidt det samme problem under udgravninger: Jordlag kan være svære at skelne fra hinanden, så de kan blive nødt til at grave for at undersøge, hvad et lag består af.

Nu har forskere fra blandt andet Aarhus Universitet og Moesgaard udviklet et forholdsvis billigt kamerasystem med LED-lys, som kan give dem et ekstra blik på jorden, før graveskeen tager over.

Systemet belyser den samme jordflade med forskellige bølgelængder og kan fremhæve forskelle mellem lag og materialer, som er vanskelige at få øje på. Dermed kan arkæologerne få fingerpeg om, hvad de bør kigge nærmere på, og hvor det kan være relevant at tage prøver.

”Der er overraskende mange udfordringer i at kigge på jord. Vi ville gøre det hurtigere, tydeligere og bedre – og samtidig omkostningseffektivt i felten. Det er simpelthen en måde at nytænke lyset,” fortæller professor Søren Munch Kristiansen fra Institut for Geoscience på Aarhus Universitet.

Systemet kaldes LEDMSI – LED multispectral imaging – og er beskrevet i et nyt studie i Journal of Archaeological Science.

16 forskellige blik på den samme jord

I stedet for at nøjes med det lys, vores øjne kan se, fotograferer systemet den samme jordflade igen og igen, mens den multispektrale blitz belyser den skiftevis med LED-lys i 16 forskellige bølgelængder.

Bølgelængderne spænder fra nær-ultraviolet over synligt lys til nær-infrarødt lys.

Forskellige materialer absorberer og reflekterer lyset forskelligt. To jordlag, eller bittesmå arkæologiske fund, der ser ens ud for et menneske, kan derfor opføre sig forskelligt, når de bliver belyst med andre dele af lysspektret.

Bagefter kombinerer computeren informationen fra billederne og får nogle af forskellene til at træde tydeligere frem.

Man kan næsten sige, at systemet smager på lagkagen med lys.

Prøvet på Sorte Muld

Forskerne afprøvede den første prototype på Sorte Muld, en jernalderlokalitet på Bornholm.

Her ligger tykke, mørke kulturlag oven på hinanden efter mange århundreders menneskelig aktivitet. For en arkæolog kan det være vanskeligt at afgøre præcist, hvor ét lag stopper, og et andet begynder.

Med den første prototype kunne forskerne ikke analysere resultaterne ude ved udgravningen.

”Billederne så nærmest psykedeliske ud, og vi så først resultatet, da vi kom hjem og analyserede dem på computeren. Men dér kunne vi se nye lag og fyldskifter, som man ikke kunne se med det blotte øje,” fortæller Søren Munch Kristiansen.

De multispektrale analyser viste blandt andet forskelle i sedimenterne og stratigrafiske grænser, som ikke stod tydeligt frem på almindelige farvefotos.

Computeren kunne altså ikke fortælle arkæologen, hvad det enkelte lag var. Men den kunne pege på, at noget var anderledes.

Og dét er næste skridt i udviklingen: ikke bare at få forskellene frem, men også at computeren hjælper arkæologen med at forstå dem allerede ud i udgravningen.

Fra Bornholm til grave i Vesthimmerland

Siden testen på Sorte Muld er systemet blevet videreudviklet.

En nyere og hurtigere version med to LED-enheder og et bedre kamera er netop blevet afprøvet ved Fredbjerg i Vesthimmerland som en del af IDUN-projektet, hvor arkæologer undersøger en gravplads fra sen vikingetid og tidlig kristen tid.

Her er bevaringsforholdene dårlige, og skeletmaterialet kan være næsten helt forsvundet.

”Skeletterne kunne nærmest kun ses som skygger efter tusinde år i jorden. Derfor er det ikke altid logisk, hvor man skal lede eller tage sine prøver,” fortæller arkæolog David Stott fra Moesgaard, som har været med til at udvikle systemet.

Her blev de multispektrale billeder ikke bare brugt til at vise forskelle. De blev også brugt til at planlægge prøvetagningen.

”Vi planlagde ud fra de nye data, hvor vi skulle tage prøver. Kameraet kunne vise os områder, hvor det var mest relevant at lede – for eksempel efter rester af knogler eller fundmateriale fra området omkring maven,” siger David Stott.

Fredbjerg-forsøget er ikke en del af det publicerede studie fra Sorte Muld, men er en afprøvning af næste generation af systemet.

Jorden ligger ikke pænt i lag

Den slags hjælp kan være vigtig, fordi arkæologiske jordlag sjældent ligger som en sirlig stak pandekager.

Mennesker har gravet huller, fyldt dem igen, flyttet jord rundt og bygget oven på tidligere aktiviteter. Derfor kan genstande, som ligger i forskellige lag, godt stamme fra samme periode. Og ting, som ligger tæt på hinanden, kan omvendt have meget forskellig alder.

”Hvis man bedre kan se, hvordan jorden er blevet gravet op og fyldt ned igen, får man både en bedre dokumentation og en bedre forståelse af stedet. Det kan også hjælpe os med at vælge de rigtige steder at tage prøver til eksempelvis datering,” siger Søren Munch Kristiansen.

Nu skal computeren lære, hvad den ser

Den første prototype kunne bruge op mod omkring fem minutter på en serie optagelser. Den nyere version, som David Stott afprøvede ved Fredbjerg, kan gennemføre hele lysserien på omkring 30 sekunder.

Næste skridt er at kunne behandle billederne næsten i realtid på en computer – og på sigt måske også på en smartphone – mens arkæologen stadig står ude i felten.

Men forskerne vil mere end bare vise forskellene hurtigt.

De arbejder også på software, som ved hjælp af maskinlæring skal lære at genkende mønstre i de multispektrale billeder og hjælpe arkæologen med at vurdere, hvad der er hvad i jordprofilen.

”Det svære er at få lært en algoritme at forstå, hvad der er hvad. Det begynder i de kommende versioner,” siger Søren Munch Kristiansen.

Tanken er ikke, at computeren skal erstatte arkæologens eller geologens faglige vurdering. Den skal fungere som et ekstra sæt øjne og pege på områder, der eksempelvis kan ligne knogle, bestemte jordtyper eller andre materialer, som bør undersøges nærmere.

For som Søren Munch Kristiansen udtrykker det:

”I øjeblikket er problemet jo, at arkæologen og jeg som geolog har to indstillinger: Vi kan tage brillerne af, og vi kan tage brillerne på.”

Han håber, at systemet med tiden bliver et helt almindeligt redskab på udgravninger.

”Jeg håber, at det om ti år vil være lige så almindeligt at have sådan et system med, som det i dag er at have et digitalkamera,” siger han.

Foreløbig er der dog en meget lavpraktisk begrænsning:

Målingerne kræver, at andet lys holdes ude.

Derfor har Søren Munch Kristiansen investeret i et knap så højteknologisk supplement: 100 meter sort plast af den type, landmænd bruger til wrap af ensilage.