Videti nevidno: predavanje na Evropski noči raziskovalcev

Noč raziskovalcev je največji evropski projekt populariziranja in širjenja znanosti, ki se dogaja vsako leto zadnji petek v septembru. Znanstvenim navdušencem so cel dan, predvsem pa zvečer in ponoči, na voljo predstavitve znanstvenih odkritij in zanimivosti, razstave, javni eksperimenti in predavanja.

Naše društvo je reden gost Noči raziskovalcev – dvakrat smo svoja zmajska odkritja predstavili v Banja Luki, lani smo v knjižnici Šiška predavali o zaznavanju onesnaženosti slovenskih rek z zmajem – in tudi letos smo kot pridruženi partner projekta sodelovali na tem edinstvenem znanstvenem festivalu.

Povabljeni smo bili na Osnovno šolo Sostro, da bi učencem 8. in 9. razreda predstavili, kako se delajo arheološke raziskave z zmajem.

.

VIDETI NEVIDNO: PRST IN RASTLINE, ZMAJI IN ARHEOLOGIJA

Letošnja tema Noči raziskovalcev je prst. Zemlja. Za znanstvene navdušence prst načeloma ni ravno najbolj zanimiva in privlačna tema – sploh v primerjavi z atomsko fiziko, z raziskovanjem vesolja in podobnimi bleščečimi, “trdimi” znanostmi. Ampak tudi zemlja skriva marsikaj zanimivega, in če ji dobro prisluhnemo, lahko zvemo za marsikatero dobro zgodbo.

Današnjo zgodbo nam tako pripoveduje prst, slišimo pa jo z znanostjo: z biologijo in biofiziko, z aerodinamiko, z infrardečim daljinskim zaznavanjem, inženirstvom … in z arheologijo.

Začnimo z aerodinamiko – natančneje, z zmaji. Zmajsko društvo KAP Jasa je najstarejše, največje in seveda edino društvo v Sloveniji, ki se ukvarja z načrtovanjem, izdelavo in spuščanjem zmajev na vrvici, s fotografiranjem iz zraka s pomočjo zmaja, in z zmajsko znanostjo. Naši zmaji delujejo po istem principu kot zmajčki, ki ste jih spuščali kot otroci – vzgonsko telo, veter, vrvica – le da so bolj drznih oblik in predvsem precej precej večji. Take res divje leteče skulpture potem s prijatelji iz celega sveta spuščamo na zmajskih festivalih.

Z zmaji smo se začeli ukvarjati, ker smo želeli na bolj zanimiv, bolj ekološki in predvsem cenejši način fotografirati svet iz višine. Danes večina zračnih fotografov to počne z droni, a ima zmaj pred brnečimi nadležneži precej prednosti. Dober zmaj v dobrem vetru z lahkoto dvigne tudi nekaj kilogramov opreme (ne le fotoaparate, tudi druge merilne naprave in instrumente); zmaj leti, dokler je veter (lahko tudi ure in ure); zmaj leti tiho in naravi prijazno – predvsem pa zmajem predpisi ne postavljajo toliko ovir, kot jih dronom: z zmajem lahko letite praktično kjerkoli.

Za fotografiranje iz zraka s pomočjo zmaja je potreben posebej načrtovan zmaj, ki ima dovolj potega, da dvigne fotoaparat, in ki je dovolj stabilen, da so fotografije ostre. Obstajajo različne vrste zmajev za različne vetrove in različne fotografske cilje – so zmaji za šibak veter in za močnejše sunke, so zmaji ki letijo daleč in so zmaji, ki letijo visoko.

Fotoaparata ne moremo pritrditi naravnost na zmaja, ker bi mu dodatna teža porušila stabilnost in pokvarila aerodinamične lastnosti. Zato zmaja najprej spustimo v zrak kakih 30-50 metrov visoko, da se dvigne nad turbuletno plast zraka pri tleh, da se umiri in postavi v veter – potem pa na vrvico zmaja pritrdimo fotoaparat s pomočjo posebne priprave, po izumitelju imenovane picavet.

Ta sistem škripcev skrbi za to, da platforma ostaja vodoravna ne glede na to, kako se veter spreminja in kako zmaj pleše – in tako fotoaparat ostaja usmerjen v tisto, kar želimo posneti. Potem pa samo še nastavimo fotoaparat, da naredi fotografijo vsakih 20 do 30 sekund, in vse skupaj spustimo v nebo, do kamor nam pusti vrvica.

Take zmajske slike so res lepe, ampak lepe slike so pač lepe slike, nas pa je vedno zanimalo posneti zanimive slike. Pogled na svet s ptičje perspektive je namreč kot nalašč, da odkrijemo kaj novega, kaj presenetljivega, kaj očem, ki gledajo s tal, skritega..

Prvo tako razkritje nečesa nepričakovanega se nam je zgodilo pri fotografiranju ruševin gradu Kalc pri Pivki, v zgornji pivški kotlini. Ruševine niso nič posebnega, obnovljeni stolp je lep – presenečenje in odkritje so nam zmajske fotografije prinesle povsem po naključju.

Te vzporedne groblje na travniku – ki se jih s tal sploh ne opazi! – so namreč ostanki (zgodnje)srednjeveške razdelitve polj: gledamo preko pet stoletij staro kulturno krajino! Kmetje so očistili kraški travnik, odvečno kamenje pa zložili v dolge groblje in tako dobili ozke in dolge pasove obdelovalne zemlje, za vsako družino eno ali dve.

Tako starodavna in tako lepo ohranjena kulturna krajina je precejšnja redkost. Načeloma se krajina spreminja z razvojem tehnik kmetovanja, tu pa imamo srečo, da naravne in klimatske razmere na zgornjem pivškem niso idealne: polja so se opustila in spremenila v pašnike in travnike, meje med parcelami pa so ostale in so zmaju s fotoaparatom še vedno vidne.

Tako sta nas zagrabila zgodovina in arheologija. Kaj vse se še skriva na in v zemlji, da bi to naši zmaji zmogli odkriti?

Arheologija je ena zadnjih ved, kjer lahko amaterji, kot smo mi, še vedno vsaj sodelujejo pri temeljnih odkritjih. Pri “trdih” znanostih je to danes praktično nemogoče: pospeševalnik delcev ne gre v dnevno sobo, fuzijski reaktor ali vesoljsko raketo je težko narediti v domači garaži, in le redkokdo ima na vrtu dvajsetmetrski radioteleksop. V arheologiji pa se še vedno zgodi, da navdušenec odkrije kaj izjemnega – v izkopu za novo hišo najde kup rimskih zlatnikov, med sprehodom naleti na prazgodovinske gomile, ali pa na polju opazi čudne sledi, ki se izkažejo za dolgo izgubljeno zgodnjesrednjeveško vas. Med orodji, ki so arheološkemu amaterju na voljo, je tudi fotografija iz zraka: ptičja perspektiva zna odkriti tisto, česar se s tal ne more. Še več pa zračna fotografija razkrije, če ni posneta v vidni svetlobi, ampak v tistih delih spektra, ki so očem nevidni – predvsem v infrardečem.

Noč raziskovalcev je znanstvena zadeva, zato moramo v znanost, da razložimo, zakaj je infrardeča svetloba koristna za arheološke raziskave. Začeli pa bomo z vprašanjem, zakaj so rastline zelene.

Načeloma je to osnovnošolsko znanje: rastline imajo v celicah kloroplaste, v njih je klorofil, ta pa je zelen. A ta odgovor ne pove kaj dosti (zakaj pa je klorofil zelen?), zato moramo kopati globlje. Znanstvenega predavanja ni brez vsaj enega grafa, pa si poglejmo tega:

Vemo, da klorofil – oba klorofila, če smo natančni – vpijata energijo iz sočne svetlobe, da lahko rastlina iz zraka in vode dela sladkor. Tale graf jakosti vpijanja svetlobe v odvisnosti od njene valovne dolžine pa nam pove, da sta klorofila precej izbirčna in da ne absorbirata kar vsakega fotona, ki pade na list rastline. Klorofiloma je všeč ultravijolična in vijolična svetloba, pa oranžna in rdeča – kar je vmes, pa odbijeta. In če iz spektra vzamemo vijolično, modro, oranžno in rdečo, bo odbita svetloba … zelena.

Za nadebudne arheologe pa je zanimiv desni del grafa, tam naprej od rdečega proti infrardečemu delu spektra. Kot vidimo, klorofila nočeta imeti nobenega opravka z infrardečo svetlobo: večinoma jo gladko odbijeta. To je za rastlino življenjskega pomena: če bi jo absorbirala, bi se rastlina pregrevala, porabila še več vode in v suši bi jo še prej pobralo. Je pa to pomembno tudi za arheologe – še posebej, ker se je izkazalo, da je sposobnost odbijanja infrardeče svetlobe odvisna od zdravja rastline.

Zdrava rastlina odbije skoraj vso infrardečo svetlobo. Bolehna, veneča rastlina jo odbije manj, in tista, ki že konec jemlje, komajda kaj. Te razlike pa nam omogočajo narediti eno zanimivo stvar: ko fotografiramo polje ali travnik iz zraka z infrardečo kamero in fotografijo obdelamo, da izpostavimo te drobne razlike v jakosti odboja infrardeče svetlobe, smo v resnici izdelali zemljevid kakovosti vegetacije na polju!

Kakovost vegetacije – zdravje rastlin – pa je odvisna predvsem od kakovosti kraljice letošnje Noči raziskovalcev: od kakovosti prsti. Tak zemljevid – obdelana infrardeča fotografija – v resnici pove, kje na polju je zemlja bolj kakovostna in kje manj. Tak podatek je zelo zanimiv za kmeta, ker takoj vidi, da mu ni treba gnojiti celega polja, ampak le tiste dele, kjer je zemlja slabša; s tem prihrani čas, material in seveda denar.

Zemljevid kakovosti prsti pa je zelo zelo zanimiv tudi za arheologa. Na kakovost zemlje vplivajo številni naravni dejavniki, vpliva pa tudi človek. Še več: vpliv človeka, ki se je zgodil pred stoletji ali celo tisočletji, se lahko še danes pozna na kakovosti prsti in posledično na zdravju rastlin, ki na njej rastejo.

Predstavljajte si stereotipen srednjeveški grad.

Grad z debelimi zidovi in visokimi stolpi, z obrambnim jarkom in izkoriščevalskim graščakom, ki trpinči svoje tlačane. Tlačani imajo nekega dne vsega dovolj, napadejo grad, ga požgejo in razrušijo, jarek zasujejo, kamenje in opeko odnesejo, da si zgradijo boljše kajže. Ruševine gradu preraste trava in robidovje, prekrije jih plast zemlje … in čez stoletje ni o mogočnem gradu več ne duha ne sluha.

A samo na površju. V zemlji se še vedno skrivajo njegove ostaline, te pa še danes vplivajo na rastline, ki tam rastejo.

Tam, kjer je pokopan zid, je prst plitvejša, voda hitreje odteče in rastline tam uspevajo malce slabše od svojih sosed. Tam, kjer je pokopan jarek, je plast zemlje globlja, voda se dlje časa zadrži in rastline bolj uspevajo od svojih sosed. In če zdaj to področje fotografiramo iz zraka z infrardečo kamero, te razlike napravimo vidne – in na fotografiji se pokaže tloris gradu, ki ga že davno ni več.

Spodnji fotografiji kažeta isti travnik. Leva je posneta v vidni svetlobi in prav nič se ne sluti, da bi se tam kaj skrivalo. Desna je posneta z infrardečo kamero in je obdelana, da se pokažejo drobne razlike v zdravju rastlin oziroma v kakovosti zemlje. Skriti temelji neke davno izginule stavbe na njej prav zažarijo.

Da bi torej odkrili arheološko najdišče, potrebujemo torej dvoje: infrardečo kamero in način, da jo dvignemo v zrak in posnamemo področje, za katerega sumimo, da skriva kaj zanimivega. Zmaj bo z veseljem poletel v nebo, potrebujemo torej le še kamero.

Do dobre infrardeče kamere pa je veliko lažje priti, kot se zdi. Prav vsak digitalni fotoaparat namreč brez težav zaznava infrardečo svetlobo. Še preveč jo: v resnici so senzorji tako občutljivi, da morajo fotoaparati imeti poseben filter, imenovan IR block, ki preprečuje, da bi infrardeča svetloba padla na senzor in pokvarila fotografijo. Infrardeča svetloba namreč uniči barve – čeprav je svetloba očem nevidna, jo senzor interpretira kot temno rdečo/roza/vijolično – poleg tega pa je zaradi večje valovne dolžine objektiv ne more izostriti pravilno.

Če IR block filter odstranimo, kot smo naredili s tem starim Pentaxom (tu je na mestu »don’t do this at home, kids« opozorilo, razen če ste res spretni in pozorno gledate youtube tutoriale in imate doma star in beden trotlziher fotoaparat), in na objektiv namestimo 720 nanometrski (near-infrared) filter, nimamo več starega digitalca, ampak več kot odlično infrardečo kamero!

Zdaj bo pa šlo kmalu zares. Imamo kamero, imamo zmaja – moramo samo še vedeti, kje iskati. Pri tem nam je v čudovito pomoč slovenski register kulturne dediščine, ki na zemljevidu pokaže ne le vsa znana arheološka najdišča, ampak tudi marsikatero potencialno najdišče: tako, za katerega arheologi sumijo, da se tam nekje nekaj skriva – ne vedo pa ne točno, kje, in ne točno, kaj.

Tako smo postali pozorni na potencialno arheološko najdišče pri cerkvi svetega Andreja v Kašlju. Več razlogov imajo arheologi za sum, da se tam nekje skriva nekaj starega. Že pred stoletji so na poljih v bližini našli par rimskih nagrobnikov, ki so danes vzidani v zunanji zid cerkve. Naključne najdbe črepinj rimske lončenine in strešnikov so kazale, da je v rimskih časih tam nekje morala biti večja stavba, kmetija, ali celo manjše naselje – ob pomembni rimski cesti, ki je od Emone vodila proti Zalogu in navzdol ob Savi do Neviodunuma in naprej na vzhod..

A kje točno je, ni vedel nihče. Skratka, idealna priložnost za amaterske arheologe z zmajem in infrardečo kamero!

Pa smo nekega lepega vetrovnega dne šli tja, spustili zmaja, na vrvico pripeli našega modificiranega Pentaxa in ga dvignili kakih 150 metrov v zrak, potem pa je Viktor, ki se mu je edinemu v tisti vročini dalo hoditi gor in dol, sprehodil zmaja, da smo res posneli celo polje.

Ko je končal, smo imeli približno dva tisoč takih fotografij:

Iz vseh teh fotografij smo najprej sestavili fotomozaik celotnega področja, potem pa ga obdelali, da smo izpostavili drobne razlike v jakosti odboja infrardeče svetlobe, ki je posledica kakovosti vegetacije, ta pa posledica kakovosti zemlje in tistega, kar se v njej skriva (če se v njej kaj skriva, seveda).

In glej – na delu polja se je pokazalo tole:

Ravne linije in pravi koti niso skoraj nikoli delo narave. Če se takole pokažejo, lahko brez težav posumimo na delo človeških rok – tale struktura (precej velika, 30 do 40 metrov dolga in prek deset široka) pa je zelo sumljiva …

Povsem mogoče je, da gledamo temelje rimske ville rustice, kot se lepo reče večji kmetiji iz tistih časov. V tisto, kar je po skoraj dveh tisočletjih ostalo od trdne rimske domačije, zgrajene nekje med koncem prvega in koncem četrtega stoletja našega štetja.

Če natančneje pogledamo temelje, vidimo glavno stavbo, kjer so živeli, kuhali, jedli in spali. Ločeni prostor na zahodni (levi) strani stavbe je morda služil kot skladišče; za orodje in za pridelke.

Kaj pa so pridelovali tiste čase v Kašlju? Povsem iste reči kot danes! Pšenico in oves, zelje in repo, solato, korenje in drugo zelenjavo (krompir in koruza sta pokolumbovska). Vse te pridelke so iz kmetije potem vozili naprodaj na tržnico v Emoni – in zanimivo je, kako se v Kašlju po dveh tisočletjih ni skoraj nič spremenilo: dvesto metrov od temeljev rimske kmetije stoji sodobna kmetija, kjer pridelujejo zelje in repo in drugo zelenjavo, pridelke pa vozijo naprodaj na tržnico v Ljubljani.

Pravokotna reč na južni strani stavbe bi lahko bila hlev (ali svinjak, Rimljani so cenili pujske), še verjetneje pa gre za ogrado za konje. Kašeljska villa rustica je namreč stala blizu velikega tovornega pristanišča pri Zalogu. Ladje so po Savi navzgor morali vleči – in še danes se v soteski med Litijo in Sevnico vidijo ostanki v skalo vsekane steze za vlečne konje.

Sava je bila izjemno pomembna strateška tovorna pot, ki je Rim povezovala z vzhodnimi provincami in deželami onstran meja imperija. V Zalog je tiste čase z ladjami prihajalo žito, pa zakladi daljnih dežel: perzijske preproge, zlato in srebro, biseri iz Šri Lanke, kitajska svila, eksotične začimbe … Ker Ljubljanica tako kot danes tudi takrat med Zalogom in Ljubljano oziroma Emono ni bila plovna, so v zaloškem pristanišču tovor z ladij prenesli na vozove in jih odpeljali proti Emoni, proti Ogleju in naprej v središče imperija, v Rim. Tudi s konji, ki so jih vzrejali na tej kmetiji, pardon, villi rustici.

Ko je rimsko cesarstvo začelo konec jemati, je prišel tudi konec kašeljske ville rustice. Leta 452 so Emono in okolico opustošili Huni strašnega Atile; kmetija je bila najkasneje takrat opuščena, razrušena, pozabljena – in bi ostala za vedno pozabljena, če ne bi njeni ostanki vplivali na kakovost prsti, kakovost prsti na zdravje rastlin, zdravje rastlin pa na sposobnost odbijanja infrardeče svetlobe.

…

Skratka, prst, ki se zdi povsem dolgočasna, umazana, brezvezna, nam lahko pove marsikaj zanimivega, le poslušati jo moramo. Prst nam govori prek rastlin, ki odsevajo tisto, kar je skrito v zemlji; če ji z zmajem in infrardečo kamero prisluhnemo, nam pove zgodbo o veliki, trdni družinski kmetiji, na kateri so pred dvema tisočletjema rimski kolonisti pridelovali živež za bližnje mesto; o konjih ki so vlekli ladje polne zakladov iz daljnih dežel; o življenju, ki je nekoč bilo, ki je izginilo – in se vrnilo skoraj povsem enako kot takrat, ko je tu vladal rimski imperij.

Prst je kul.

Hvala Hiši eksperimentov, dr. Mihu Kosu in Sabini Založnik Vidic, hvala Osnovni šoli Sostro, Nini Zupanc in učencem 8. in 9. razreda (krasni ste bili!), hvala dr. Johnu Wellsu za infrardečo kamero – in hvala Viktorju, ki je z zmajem v resnici odkril temelje rimske ville rustice!