Universiteit van Tel Aviv: archeologen maken voor het eerst een röntgenfoto van de verborgen lagen van Jeruzalem

Prof. Yuval Gadot onderzoekt mysterieuze kanalen in een archeologische installatie in de Stad van David, Jeruzalem, augustus 2023. Foto Damka Jerusalem Production House

In een baanbrekende prestatie waarvoor geen echte grondwerk nodig was, hebben Israëlische onderzoekers een technologie onthuld die werkt als een 'röntgenfoto' voor de aarde. Hiermee worden verborgen ruimtes onder een archeologische vindplaats in Jeruzalem onthuld, zo maakte de Universiteit van Tel Aviv maandag bekend.

Door natuurkunde en archeologie te combineren, zetten de wetenschappers een detectiesysteem in dat is gebaseerd op muonen (elementaire deeltjes die verwant zijn aan zware elektronen). Daarmee zochten ze naar ondergrondse holtes en gaten in de vindplaats Stad van David , net buiten de muren van de oude stad van Jeruzalem, in de overwegend Palestijnse wijk Silwan.

Hun bevindingen, die dezelfde dag werden gepubliceerd in het Journal of Applied Physics, bieden archeologen over de hele wereld mogelijk een krachtig nieuw hulpmiddel om ondergrondse ruimtes in kaart te brengen voordat ze ook maar een schop in de grond steken.

"Alle archeologische vindplaatsen zijn als gatenkaas", vertelde prof. Oded Lipschits van de afdeling Archeologie en Culturen van het Oude Nabije Oosten van de TAU aan The Times of Israel in een telefonisch interview.

"Van de piramides van Egypte tot de Mayasteden van Zuid-Amerika, en natuurlijk ook hier in Israël, hebben oude bewoners ondergrondse ruimtes uitgehouwen voor watersystemen, landbouwopslag en meer," zei hij. "In de archeologie hebben we geen betrouwbare methode om dergelijke holtes te detecteren – alleen toeval. Misschien graaf ik diep in de rotsbodem en stuit ik plotseling op een opening, de ingang naar een verborgen reservoir. Ik kan het opgraven zodra ik het vind, maar tot dat moment weet ik niet zeker of het er is."

Prof. Erez Etzion van de faculteit natuurkunde en sterrenkunde van de Universiteit van Tel Aviv, zittend, en prof. Oded Lipschits van de afdeling archeologie en culturen van het oude Nabije Oosten van de TAU. Foto Universiteit van Tel Aviv

Volgens Lipschits komen ondergrondse bouwwerken bijzonder veel voor in Israël, omdat grote gebieden een laag harde kalksteen bevatten, bekend als nari, waaronder zich een zachtere krijtlaag bevindt. In de loop van duizenden jaren konden bewoners die erin slaagden de bovenste laag te doorbreken, gemakkelijk ruimtes creëren voor opslag, waterinstallaties of zelfs woonruimtes.

"Met dit onderzoek wilden we een eenvoudige en goedkope methode ontwikkelen om een ​​3D-kaart te maken van wat er onder het gesteente ligt - ook met behulp van kunstmatige intelligentie - zodat archeologen een locatie kunnen bereiken met kennis van de ondergrondse indeling en op basis daarvan kunnen beslissen waar ze moeten graven", aldus Lipschits.

Muonen zijn deeltjes met een elektrische lading die vergelijkbaar is met die van elektronen of protonen. Ze ontstaan ​​voornamelijk door de interactie van kosmische straling (deeltjes die door het heelal bewegen) met de atmosfeer van de aarde.

"Muonen raken de grond met een constante, bekende snelheid", aldus prof. Erez Etzion van de School of Physics and Astronomy van de TAU in een verklaring van de universiteit. "In tegenstelling tot elektronen, die al na een paar centimeter in de grond stoppen, verliezen muonen langzaam energie en dringen sommige diep de aarde binnen – sommige bereiken zelfs diepten tot wel 100 meter. Als we muondetectoren onder de grond plaatsen en de omgeving meten, kunnen we lege ruimtes identificeren waar het energieverlies verwaarloosbaar is."

Etzion vergeleek de methode met een medische röntgenfoto, die verborgen structuren in het menselijk lichaam zichtbaar maakt.

"Je stuurt een röntgenbundel door een lichaam en plaatst er een camera aan de andere kant om botten en gewrichten in beeld te brengen, die de bundel meer blokkeren dan bijvoorbeeld vet of vlees", legt Etzion uit. "Hier vormen de muonen de röntgenbundel, onze detector de camera en de ondergrondse systemen het menselijk lichaam."

Volgens Etzion gebruikten archeologen al vanaf de jaren zestig primitievere muonendetectoren om piramides te scannen.

Onderzoekers plaatsen in 2023 een muonendetector in een grot onder de Gihon-bron. Foto Universiteit van Tel Aviv

Het Israëlische team leverde het bewijs voor hun methode in de Stad van David. Volgens Lipschits bevestigden de detectoren daar niet alleen ondergrondse holtes die al bekend waren bij archeologen, maar onthulden ze ook nog niet eerder ontdekte holtes.

In de Stad van David zijn verschillende lagen van het verleden van Jeruzalem bewaard gebleven, van de periode van de Eerste Tempel of de IJzertijd (1200-586 v.Chr.) tot aan de Romeinse tijd en de vroege islamitische periode .

"Het was erg interessant, een duidelijke indicatie dat het systeem werkt", zei Lipschits. "Nu kunnen we verder en de techniek verfijnen."

Een van de belangrijkste doelen van het team, aldus Lipschits, is het ontwikkelen van draagbare, betaalbare muondetectoren en software, zodat opgravingen overal ter wereld gebruik kunnen maken van de technologie.

"We zijn al bezig met de ontwikkeling ervan", zei hij.

Ondertussen bereidt het team zich voor om nog meer archeologische plekken in Israël te scannen.

"We plannen een casestudy in Tel Azekah," zei Liphshitz, "omdat we weten dat daar een groot waterreservoir is en we willen zien wat de kosmische stralingsdetectoren kunnen onthullen. Daarna zullen we de locatie opgraven en de bevindingen vergelijken."

Tel Azekah werd voor het eerst gesticht rond 3500 v.Chr. en bleef gedurende de Bijbelse periode (1000-586 v.Chr.) een belangrijk centrum. Ook tijdens de Hellenistische, Romeinse en Byzantijnse periode bleef de stad floreren, tot de zesde eeuw n.Chr.

Tot de medeauteurs van het artikel behoren ook onderzoekers van de Israel Antiquities Authority en Rafael Advanced Defense Systems. Dit onderstreept het potentieel van muondetectoren voor gebruik in niet alleen de archeologie, maar ook in andere vakgebieden, waaronder de defensie-industrie, voor het identificeren van ondergrondse holtes.