Запечатанные 4000 лет назад письма Месопотамии прочитали без вскрытия: как мобильный томограф заглянул сквозь глину прямо в музее

Четыре тысячи лет назад в торговых городах Ближнего Востока возникла развитая почтовая и юридическая система. Жители Месопотамии и Анатолии писали клинописью на влажных плитках из глины. Когда текст был готов, табличку высушивали на солнце, а затем покрывали вторым слоем глины — оболочкой, выполнявшей роль конверта. На поверхности этого конверта писец указывал имена отправителя и получателя, а свидетели или участники сделки прокатывали свои личные цилиндрические печати, оставляя на мягкой поверхности рельефный рисунок.

Глиняные конверты решали две задачи. Во-первых, они обеспечивали тайну переписки: курьер не мог прочесть текст, не повредив внешнюю оболочку. Во-вторых, они защищали юридические контракты от подделки. Пока конверт оставался целым, никто не мог изменить цифры или условия займа на внутренней табличке. Чтобы прочесть письмо или аннулировать погашенный долг, получатель разбивал глиняный конверт.

Именно поэтому каждый неповрежденный конверт, найденный археологами, указывает на нештатную ситуацию в древности. Письмо не дошло до адресата, караван пропал в пути, купец умер до возвращения долга, либо архив оказался погребен под обломками разрушенного здания.

В коллекциях музеев мира хранятся сотни таких запечатанных глиняных конвертов. Внутри каждого из них находится текст, который не читал ни один человек со времен бронзового века. Долгое время исследователи не могли получить доступ к этим записям: чтобы прочесть внутреннюю табличку, требовалось физически разбить внешний конверт. Это приводило к безвозвратному уничтожению оттисков печатей и внешних надписей, представляющих огромную историческую ценность.

Эту задачу решила группа физиков и востоковедов из исследовательского центра DESY и Гамбургского университета. Ученые создали портативный рентгеновский микротомограф ENCI, который позволяет прочесть скрытые тексты прямо в музейных хранилищах, не повреждая артефакты.

Почему музейные реликвии оставались непрочитанными

Компьютерная томография давно применяется в медицине и промышленности. Метод заключается в том, что объект просвечивают рентгеновскими лучами под разными углами, после чего компьютерная программа собирает множество плоских снимков в единую трехмерную модель. В теории этот метод идеально подходит для изучения глиняных табличек. На практике исследователи столкнулись с непреодолимыми техническими и юридическими препятствиями.

Главная проблема заключается в правилах хранения культурного наследия. Музеи Турции, Франции, Великобритании и других стран законодательно обязаны хранить древние артефакты в своих фондах. Вывезти редкие таблички за пределы музея для исследования на стационарном оборудовании невозможно из-за риска повреждения и строгих законов о защите древностей.

В то же время стандартные промышленные микротомографы не предназначены для транспортировки. Коммерческие сканеры высокого разрешения весят от двух до шести с половиной тонн. Их невозможно разобрать, перевезти на обычном транспорте и поднять по лестницам в подвальные помещения музейных архивов. Кроме того, мощные рентгеновские установки требуют специальных помещений со свинцовой защитой стен, отдельного промышленного электропитания и постоянного подключения к мощным серверам для обработки данных.

Ученым требовалось создать принципиально новый прибор: легкий, мобильный, безопасный для окружающих, работающий от обычной бытовой розетки и способный создавать объемные снимки глины с точностью до десятков микрометров.

Устройство и характеристики сканера ENCI

Разработка томографа ENCI заняла около четырех лет. Инженеры исследовательского центра DESY в Гамбурге собрали установку, общая масса которой составляет 420 килограммов.

Чтобы прибор можно было доставить в любое помещение, его конструкцию сделали модульной. Сканер разбирается на восемь независимых частей. Семь из них имеют массу около 50 килограммов — такой модуль могут переносить два человека. Восьмой блок представляет собой серверную стойку массой около 100 килограммов, которую перемещают четыре человека. Для работы аппарату требуется только стандартная электрическая сеть с напряжением 230 вольт. Вся обработка данных идет на встроенных серверах, поэтому прибор не зависит от наличия проводного интернета или беспроводных сетей в музее.

Особое внимание авторы уделили радиационной безопасности. В музейных коридорах нет специальных защитных перекрытий, поэтому корпус прибора получил оптимизированную многослойную защиту. Инженеры рассчитали толщину экранов так, чтобы на расстоянии полуметра от работающего сканера мощность дозы радиации не превышала 0,5 микрозиверта в час. Это значение находится в пределах естественного природного фона и строго соответствует международным нормам радиационной безопасности для общественных пространств.

Решение физической проблемы: как устранить искажение рентгеновского пучка

Глина представляет собой сложный материал для рентгеновского сканирования. Она состоит из плотных минералов с включениями тяжелых элементов, таких как железо. Чтобы лучи смогли пройти сквозь образец толщиной в несколько сантиметров, рентгеновскую трубку заставляют работать при высоком напряжении — от 170 до 180 киловольт.

При таком режиме возникает физический эффект, который специалисты называют эффектом увеличения жесткости пучка. Излучение рентгеновской трубки неоднородно: в нем присутствуют как высокоэнергетические (жесткие), так и низкоэнергетические (мягкие) фотоны. Когда широкий спектр лучей входит в глиняный брусок, фотоны с энергией ниже 70 килоэлектронвольт поглощаются почти мгновенно внешними слоями материала. Они не доходят до детектора и не участвуют в формировании полезного изображения.

Из-за этого стандартные алгоритмы реконструкции допускают грубую ошибку: центр плотного глиняного объекта на цифровом срезе кажется темным и менее плотным, а края — искусственно яркими. В центральной части глиняной плитки погрешность в определении плотности может достигать двухкратной величины. Это не позволяло четко увидеть клинописные знаки, выдавленные во внутренней табличке.

Физики решили эту задачу установкой медного фильтра толщиной 2 миллиметра непосредственно перед источником излучения. Медная пластина задерживает весь низкоэнергетический спектр еще до того, как он соприкоснется с музейным экспонатом. К глине поступает пучок с энергией квантов выше 70-100 килоэлектронвольт.

В этой области энергий поглощение излучения глиной подчиняется другому физическому процессу — комптоновскому рассеянию. Оно почти не зависит от точного минерального состава глины и сохраняет практически постоянный коэффициент ослабления на уровне 0,3 inverse cm. Благодаря медному экрану искажение плотности на финальных томограммах снизилось до уровня менее 10%. Это позволило получать четкие срезы без длительных математических расчетов по исправлению дефектов пучка.

Сканирование выполняется непрерывно: объект поворачивается на специальном столике на 360 градусов, а детектор делает 1440 отдельных снимков. Весь процесс сбора данных для одной таблички занимает менее 13 минут.

Программное разделение: как разделить две соприкасающиеся глиняные детали

Получить трехмерный массив данных было только первой частью задачи. Объем одного сканирования составляет 73 гигабайта и содержит более 18 миллиардов вокселей (трехмерных точек объема). Главная сложность заключалась в том, как увидеть текст на внутренней табличке.

Когда древний мастер оборачивал готовую табличку влажной глиной, внешний слой плотно прилегал к внутреннему. За время сушки и последующего нахождения в земле на протяжении четырех тысяч лет глина конверта во многих местах вступила в прямой контакт с глиной таблички. Воздушная прослойка между ними часто составляет сотые доли миллиметра, а на отдельных участках отсутствует полностью.

Для компьютера и конверт, и внутренняя табличка состоят из одного и того же материала одинаковой плотности. Обычные программы компьютерной томографии не способны разделить такие объекты автоматически. Вручную выделять границу на тысячах срезов потребовало бы месяцев работы на каждый отдельный документ.

Чтобы автоматизировать процесс, исследователи написали собственный программный пакет EXAVIS42. Программа выполняет обработку в три шага:

1. Подавление шума. На первом этапе объемные данные очищаются от фонового шума с помощью математических фильтров, которые сглаживают мелкие помехи, но сохраняют резкие перепады плотности между глиной и воздухом.
2. Построение объемной поверхности. Алгоритм автоматически вычисляет порог плотности и строит полигональную сетку из миллионов микроскопических треугольников на границе раздела материала и внешней среды.
3. Разделение по кривизне поверхности. Чтобы отделить конверт от таблички в местах их физического срастания, софт анализирует форму поверхности. В точках, где две глиняные пластины смыкаются, всегда формируется резкий внутренний изгиб с высокой отрицательной кривизной. Программа выявляет эти линии изгиба и производит программное рассечение единой сетки на два независимых объекта: внешний конверт и внутренний вкладыш.

После этого программа отключает отображение внешнего конверта на экране и рассчитывает падение виртуального света на поверхность внутренней таблички. Клинописные клинья, продавленные тростниковой палочкой сорок веков назад, становятся доступными для чтения исследователями.

Что рассказали скрытые таблички: дешифровка архивов Канеша

Осенью 2024 года ученые развернули установку ENCI в Музее анатолийских цивилизаций в Анкаре. За три недели работы исследователи отсканировали около 50 запечатанных конвертов. Большинство из них были найдены в 1990-х годах при раскопках торгового квартала города Канеш.

Прочитанные тексты не содержат упоминаний о победах царей или религиозных гимнах. Это повседневные документы купцов: долговые расписки, распоряжения о транспортировке шерсти и олова, а также личные письма.

Деловое письмо Анна-анны к мужу (документ Kt 94/k 1150)

На лицевой стороне конверта значились только имена: «Эннум-Ашшуру, сыну Шалим-Ашшура. Печать Анна-анны». По боковым граням и оборотной стороне восемь раз был прокатан оттиск печати женщины. Содержимое самого письма оставалось неизвестным.

Томография открыла текст, содержащий детальное описание финансового конфликта. Муж находился в длительной торговой поездке по городам Анатолии и оставил жене поручение забрать серебро у делового партнера по имени Лакепум.

Этот документ опровергает историческое представление о том, что женщины в древних обществах были полностью лишены имущественных прав. В среде ассирийских купцов женщины регулярно управляли домашним хозяйством в отсутствие мужей, вели переговоры, контролировали долговые обязательства, нанимали свидетелей для судебных разбирательств и жестко требовали возврата долгов от мужчин-партнеров.

Документ на двух страницах (документ Kt 94/k 602)

На поверхности другого запечатанного конверта исследователи заметили выпуклую неровность. Сканирование показало, что внутри находятся сразу две отдельные таблички.

Купец Инба-Ашшур диктовал писцу отчет о доставке дорогостоящих шерстяных тканей из Аккада и покупке двух черных вьючных ослов. Писец заполнил текстом лицевую сторону глиняной плитки, перешел на нижний торец, исписал оборотную сторону, верхний торец и левое ребро. Места для завершения мысли не хватило.

Тогда мастер вылепил вторую маленькую овальную плитку — в ассирийских документах она называется термином ṣibat ṭuppim («дополнение к табличке»). На ней он поместил еще несколько строк, после чего положил поверх первой плитки и запечатал обе в один конверт. На обратной стороне вкладыша томограф зафиксировал негативные отпечатки знаков с основной плитки: влажная глина вкладыша прижалась к тексту основы в момент запечатывания. До этого момента ученые находили такие вкладыши только отдельно и не могли точно сопоставить их с основными текстами.

Уничтожение долговой расписки (документ Kt 93/k 144)

В архиве дома торговца Али-ахума томограф визуализировал письмо, подробно описывающее банковскую практику того времени.

Когда купец брал ссуду серебром, составлялся договор на глиняной табличке, который запечатывали в конверт в присутствии свидетелей. После того как долг возвращался, кредитор отдавал нераспечатанный конверт должнику, и тот разбивал оболочку. На древнеассирийском языке эта юридическая процедура буквально называлась «убить табличку». Разбитый конверт свидетельствовал о том, что претензий к заемщику больше нет.

Технологические открытия: как на самом деле создавали конверты

Помимо чтения текстов, рентгеновские срезы высокого разрешения позволили впервые детально изучить технику работы древних мастеров с материалом.

Ранее в научной литературе господствовала гипотеза, выдвинутая в 1990-х годах. Считалось, что писец брал кусок глины, раскатывал его в один тонкий сплошной пласт, оборачивал им готовую высушенную табличку и соединял края с одной стороны. Эксперименты показывали, что сделать такой тонкий глиняный пласт без разрывов крайне сложно.

Томограммы ENCI опровергли эту теорию. На поперечных срезах конвертов исследователи обнаружили четкую слоистую структуру.

Мастера формировали конверт не из одного пласта, а последовательно складывали глиняную полосу в несколько слоев, оборачивая ее вокруг высушенной сердцевины. Это принципиально важное технологическое решение:

• Защита от усадки. В процессе высыхания глина теряет влагу и уменьшается в объеме. Если бы конверт представлял собой монолитный толстый слой, механическое напряжение привело бы к появлению сквозных трещин уже через несколько часов после лепки. Это испортило бы оттиски печатей.
• Амортизация. Воздушные микрополости между слоями сложенной глины придавали конверту упругость. Упакованный таким образом документ выдерживал тряску и удары во время перевозки во вьючных мешках на спинах ослов на расстояния в сотни километров.

Разница в происхождении материалов

Томограф выявил различия в плотности и минеральном составе слоев. В документе Kt 91/k 287 глина внутренней таблички содержит большое количество грубых минеральных фракций, тогда как глина наружного конверта очищена намного тщательнее и имеет совершенно другую рентгеновскую плотность.

Это прямое доказательство того, что документ создавался в два этапа, разделенных во времени и пространстве. Свидетель записал свои показания в одном месте, используя простую местную глину. Затем, спустя несколько дней или недель, табличку принесли к официальному учреждению — так называемым «Вратам Бога», городскому суду Канеша. Там профессиональный судебный писец использовал подготовленную стандартизированную глину из другого источника, чтобы обернуть документ конвертом и заверить его официальными печатями.

Ботаническая находка внутри конверта

В стенке конверта Kt 93/k 144 томограф зафиксировал четкую полость размером 7,9 мм в длину, 3,2 мм в ширину и 2,4 мм в толщину.

Трехмерная реконструкция формы этой пустоты позволила археоботаникам безошибочно определить объект. Это зерно пленчатого ячменя (Hordeum vulgare). На цифровой модели отчетливо видны характерная продольная бороздка и уплощенная форма зерновки. Зерно случайно попало в глину во время ее замешивания на открытой площадке четыре тысячи лет назад, сгорело или истлело со временем, оставив точный слепок своей формы внутри обожженного черепка.

Новые стандарты в исследовании древностей

Разработка мобильного томографа ENCI меняет принципы работы с историческими источниками. До недавнего времени археология и востоковедение были вынуждены идти на частичное разрушение исследуемых объектов ради получения информации: тексты освобождали из оболочек физической силой, свитки разрезали, образцы материалов соскабливали для химических тестов.

Создание мобильной установки доказало, что технически сложные физические исследования можно проводить непосредственно в хранилищах, полностью исключая риск повреждения памятников.

Помимо клинописных табличек, создатели сканера уже применили его для изучения других многослойных артефактов. Прибор протестировали на средневековом грузинском кодексе IX века, переплет которого состоит из склеенных листов еще более древних пергаментов с частично смытым текстом, а также на запечатанных египетских статуэтках и европейских свинцовых грамотах.

В музеях мира остаются нерасшифрованными тысячи запечатанных документов. Теперь исследователи получили инструмент, который позволяет прочесть эти архивы в полном объеме, сохраняя неприкосновенной их первоначальную форму.

Источник: npj Heritage Science