Dunhuang Murals at the Micron Scale: Pigment Identification and Layer Thickness Mapping by Micro-LIBS
本研究表明，优化的微米级激光诱导击穿光谱技术（Micro-LIBS）是一种可靠且近乎无损的工具，能够精确识别敦煌壁画中的颜料并测绘层厚，成功地以高空间分辨率重建了一个脱落碎片的绘画顺序。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一下，敦煌古老的壁画就像一个巨大、脆弱且具有多层结构的蛋糕。经过数个世纪，这个蛋糕已经变得破碎、褪色，并被尘土覆盖。为了了解最初的“烘焙师”（古代艺术家）是如何制作这个蛋糕的，科学家通常必须切下一块来观察其中的层次。但对于像这些拥有千年历史、如此珍贵且脆弱的壁画来说，切下一块就像是在咬掉一件杰作的一部分——这会造成永久性的损伤。
本文介绍了一种全新的、“微观式”的品尝蛋糕方法，而无需真正动口。研究人员使用了一种名为 Micro-LIBS（微米级激光诱导击穿光谱技术）的技术。你可以把它想象成一个超精准、微小的激光“镊子”，它可以在壁画上进行极小规模（大约只有一根人类头发宽度）的脉冲打击，以至于造成的损伤在肉眼下是不可见的。
以下是他们是如何操作以及发现了什么的详细拆解，内容通俗易懂：
1. 调试“激光镊子”
在研究真实的壁画之前，团队必须弄清楚如何在不烧毁颜料的情况下精确使用他们的激光。他们需要像调整相机镜头一样来对焦：
- 时机： 他们必须在激光脉冲后的极短瞬间（1.2 微秒）开始“聆听”光信号。如果听得太早，爆炸产生的“噪音”会太大；如果听得太晚，信号又会太弱。
- 聚焦： 他们发现，将激光聚焦在略低于表面处（就像瞄准糖霜下方一点点）可以获得最好的结果，且造成的损伤最小。
- 能量： 他们必须使用恰到好处的能量。能量太少，激光无法读取颜料信息；能量太多，则会烧毁色素，导致红色颜料变成褐色（这是这些洞窟中常见的问题）。他们最终确定了一个“金发姑娘原则”下的理想设置：2.0 毫焦耳。
2. 读取“化学指纹”
一旦激光调试完毕，他们就对一块真实的敦煌壁画脱落碎片进行了脉冲测试。当激光击中颜料时，会产生一个微小的、极热的等离子体（就像微观层面的闪电）。这种等离子体会发出特定颜色的光，充当化学指纹。
- 绿色颜料： 发出的光显示其成分为孔雀石（一种绿色的铜矿物）。
- 红色颜料： 光谱揭示了它是红铅（一种明亮的橙红色铅矿物）。
- 白色底色： 底层被鉴定为硬石膏（一种类型的石膏）。
为了确保准确，他们使用另一种名为拉曼光谱（利用光使分子发生振动）的工具进行了复核，两种方法的结果完全一致。
3. 像剥洋葱一样剥开图层
最令人兴奋的部分是弄清楚艺术家绘画的顺序。通常情况下，如果不切开墙壁，你无法看到顶层之下是什么。但由于激光可以逐层剥离颜料，团队可以实时观察“化学指纹”的变化。
- 实验过程： 他们对同一个点进行了多次连续脉冲。
- 结果： 起初，他们只看到了“绿色”信号。在第三次脉冲后，绿色信号逐渐消失，突然间，“红色”信号出现了。
- 结论： 这证明了艺术家是先画红色层，然后才在上面涂上了绿色层。
4. 测量厚度
通过计算穿透一层颜料需要多少次激光脉冲，他们可以精确计算出每一层的厚度。
- 红色层大约有 38 微米 厚（大约是半根人类头发的宽度）。
- 上层的绿色层大约有 35 微米 厚。
他们通过实际切割一小块壁画并在显微镜下观察，验证了这些数字，激光测量结果非常精准。
宏观意义
这项研究表明，我们现在可以“阅读”这些壁画的历史——识别出它们的颜料究竟由什么组成，以及艺术家应用的先后顺序——而不会造成任何可见的损伤。这就像是仅仅通过用一根隐形的魔力手指轻点，就能读出这个千年蛋糕的秘密配方，同时让蛋糕看起来和原来一模一样。这为文物保护工作者提供了一个强大的新工具，用以理解并保护这些脆弱的瑰宝。
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