Neue Technologie von Wissenschaftlern der Universität Tel Aviv ermöglicht Archäologen, die Erde „zu durchleuchten“, ohne zu graben

Eine neue Technologie, die am Montag von einem Team von Wissenschaftlern der Universität Tel Aviv vorgestellt wurde, enthüllt das, was unter der Erde verborgen ist, ähnlich wie bei einer Röntgenaufnahme der Erde.

Die Forscher demonstrierten die neue Methode in der Davidsstadt, wo das unterirdische Bildgebungssystem erfolgreich bereits bekannten Hohlräumen auf die Spur kam und darüber hinaus auch solche entdeckte, die Archäologen bisher unbekannt waren.

„Es war sehr interessant und ein klarer Beweis dafür, dass das System funktioniert“, sagte Prof. Oded Lipschits vom Jacob M. Alkow-Institut für Archäologie und Kulturen des Alten Orients der Universität Tel Aviv laut der Times of Israel. „Jetzt können wir weitermachen und die Technik verfeinern.“

Lipschits erklärte: „Oberirdische Strukturen sind relativ leicht auszugraben, aber es gibt keine wirksamen Methoden, um unterirdische Räume unter dem Felsgestein umfassend zu untersuchen. Wenn wir beim Graben zufällig auf einen Hohlraum stoßen, können wir ihn erkunden, aber wir haben keine Möglichkeit, diese Räume im Voraus zu lokalisieren. Jetzt haben wir zum ersten Mal eine Methode, mit der wir den Untergrund sehen können, bevor wir eine Schaufel in die Hand nehmen.“

Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Erez Etzion von der Raymond and Beverly Sackler School of Physics and Astronomy beschreibt die Technologie als „neuartiges unterirdisches Bildgebungssystem, das kosmische Myonen nutzt, um die Umgebung unter der Oberfläche zu erkunden“.

Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Arbeit im Journal of Applied Physics und stellten das neue Detektionssystem auf Basis von Myonen vor, die vom US-Energieministerium als „grundlegende subatomare Teilchen“ bezeichnet werden. Das Energieministerium erklärt weiter, dass Myonen „die grundlegendsten Bausteine des Universums sind, wie sie im Standardmodell der Teilchenphysik beschrieben werden“, ähnlich wie Elektronen, aber über 207-mal schwerer.

In der Veröffentlichung wird das auf Myonen basierende Scansystem vorgestellt: „Das Verfahren nutzt die Tatsache, dass Myonen beim Durchdringen von Materie Energie verlieren, wobei die Abschwächung von der integrierten Dichte entlang ihres Weges abhängt. Durch die Verfolgung der Myonenbahnen mit einem mehrschichtigen, auf Szintillatoren basierenden Detektor rekonstruieren wir Winkelflussverteilungen und leiten daraus Schwankungen in der Überlagerungsdichte ab.“

Einfacher ausgedrückt, sagte Lipschits gegenüber der Times of Israel: „Alle archäologischen Stätten sind wie Schweizer Käse.“ Er fuhr fort: „Von den Pyramiden Ägyptens über die Maya-Städte Südamerikas bis hin zu Israel haben die Bewohner der Antike unterirdische Räume für Wassersysteme, landwirtschaftliche Lagerräume und vieles mehr angelegt“, und erklärte, dass man in der Vergangenheit nur zufällig auf solche Hohlräume gestoßen sei.

„Mit dieser Forschung haben wir uns zum Ziel gesetzt, eine einfache, kostengünstige Methode zu entwickeln, um eine 3D-Karte dessen zu erstellen, was unter dem Grundgestein liegt – auch unter Verwendung künstlicher Intelligenz –, damit Archäologen bereits mit Kenntnis der unterirdischen Struktur an einer Stätte ankommen und entsprechend entscheiden können, wo sie graben“, fügte er hinzu.

Laut Lipschits gibt es in Israel viele solcher Hohlräume, da große Landflächen eine Schicht aus hartem Kalkstein mit einer darunter liegenden weicheren Kreideschicht aufweisen, die leicht ausgehöhlt werden kann, um Wassersysteme, Lagerräume und sogar Wohnräume zu schaffen. Diese können erkannt werden, wenn Myonen durch die Räume dringen.

„Myonen treffen mit einer konstanten, bekannten Geschwindigkeit auf den Boden“, erklärte Prof. Erez Etzion in einer Erklärung der Universität. „Im Gegensatz zu Elektronen, die nach nur wenigen Zentimetern im Boden zum Stillstand kommen, verlieren Myonen langsam an Energie und dringen teilweise tief in die Erde ein – einige erreichen sogar Tiefen von bis zu 100 Metern. Wenn wir Myonendetektoren unterirdisch platzieren und die Umgebung messen, können wir Hohlräume identifizieren, in denen der Energieverlust vernachlässigbar ist.“

Etzion verglich das unterirdische Bildgebungssystem mit einem Röntgengerät und sagte: „Man sendet einen Röntgenstrahl durch einen Körper und platziert eine Kamera auf der anderen Seite, um Knochen und Gelenke abzubilden, die den Strahl stärker blockieren als beispielsweise Fett oder Fleisch.“

Er fügte hinzu: „Hier sind die Myonen der Röntgenstrahl, unser Detektor ist die Kamera und die unterirdischen Systeme sind der menschliche Körper.“

Obwohl primitive Versionen dieser Technologie seit den 1960er-Jahren zur Erforschung der ägyptischen Pyramiden verwendet wurden, soll das neue System nun auch an anderen Stätten in Israel eingesetzt werden.

„Wir planen eine Fallstudie in Tel Azekah“, sagte Liphshitz, „weil wir wissen, dass es dort ein großes Wasserreservoir gibt, und wir wollen sehen, was die Kosmischen-Strahlen-Detektoren aufdecken können. Danach werden wir die Stätte ausgraben und die Ergebnisse vergleichen.“