古代エジプトの密封された銅合金の動物の棺の中性子断層撮影

Apr 20, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4582 (2023) この記事を引用

17,000 アクセス

1684 オルトメトリック

メトリクスの詳細

古代エジプトでは動物のミイラ化が一般的であり、動物や人間と動物の混血生物を表現した像や絵馬箱の中に多くの動物の遺体が納められていました。 奉納箱はさまざまな素材で作られ、多くの場合封がされていました。 いくつかの箱はまだこの状態で博物館のコレクションに保存されています。 大英博物館のコレクションに所蔵されている密封された銅合金の絵馬箱に関する以前の研究では、X線コンピュータ断層撮影法を使用して動物の遺体を検索しましたが、箱からの減衰と内部の明らかに高密度な金属により画質が低下しました。 この研究では、以前に調査した6つの絵馬箱に中性子トモグラフィーが適用されました。 そのうちの 3 つの箱の中からは、トカゲのものと思われる動物の死骸と布製の包装の破片が発見されました。 箱の製造プロセスとその後の修理の証拠が中性子によって発見されました。 3 つの箱からも大量の鉛が確認されました。 この発見は、密封された金属容器内のミイラ化された遺体の研究における中性子断層撮影の有効性を実証し、絵馬の箱の上に描かれた動物の姿と隠された遺体とを結び付ける証拠を与える。

動物のミイラ化は古代エジプトで広く行われていました。 神の化身、奉納物、または儀式のパフォーマンスの一部であると考えられている動物の遺体は、多くの宗教施設内で発見されており、そのほとんどは紀元前 1,200 年紀に遡ります 1,2,3,4。 遺骨は動物の彫像の中に入れられたり、上部に動物の絵が描かれた箱の中に入れられることもありました1、4、5、6、7、8。 このような箱は、エジプト学の文献では同じ意味で「動物の棺」または「奉納箱」と呼ばれていますが、それらが体系的に動物の遺体を収容しているのか、それとも何らかの儀式的機能を実行するのではなく本質的に奉納されたのかは必ずしも明らかではありません9。 ハヤブサ、ネコ、マングース、ヘビ、ウナギ、トカゲ、トガリネズミなど、多くの動物種が箱に描かれていました。 箱の製造には、木材、石灰石、銅合金（特に青銅または鉛入り青銅10、11）などのさまざまな材料が使用され、形状やサイズも大きく異なります。

サッカラで発見された、トガリネズミの人形が上に置かれた小さな石灰岩の箱には、X 線撮影を使用してトガリネズミのミイラが入っていることが判明しました8。 箱の中から包装の残骸は発見されませんでしたが、元の包装の存在を無視することはできませんでした。 X 線撮影は、ヘビの人形が上に置かれた木箱の中からヘビのミイラを発見するためにも使用されました7。

銅合金の奉納箱は通常、鋳造によって作られ、一端に開口部​​があり、その後石膏プラグと金属パネルで密閉されました。 これらの箱の多くは発見された時点では無傷であり、通常、中に動物の死骸は存在していませんでした。 猫の骨の破片は、青銅製の箱の開口部内で発見され、その上部には青銅製の猫の座り像が置かれていました12 (大英博物館 EA65795)。 場合によっては、箱の中から繊維片のみが発見され、おそらく動物の包装の残骸が見つかった1。

X 線コンピュータ断層撮影 (CT) は、医療用 CT スキャナ、実験室ベースのマイクロフォーカス X 線 CT システム、およびシンクロトロン マイクロトモグラフィーを使用して、包装されたおよび包装されていない動物のミイラの非侵襲的研究にうまく適用されています 13、14、15。 X 線イメージングの制限は、ビーム経路内に金属 (特に鉛または鉛青銅) またはその他の非常に高密度の物質が存在することです。 高密度の物体による X 線の減衰は、再構成された X 線 CT ボリュームにストリーキングやビームハードニングなどの画像アーティファクトを引き起こします16、17。 これらのアーティファクトは、特に低密度の材料の対象となる特徴を覆い隠す可能性があります。

以前の研究では、大英博物館所蔵の8つの無傷の銅合金絵馬箱のグループにX線撮影とX線CTが適用され、その上部にはウナギ、爬虫類、およびヒト・ウナギ・コブラの雑種が描かれていた9。 X線CTスキャンでは、最大450kVのX線管電圧を使用したにもかかわらず、金属によるX線の強い減衰によって画質が妨げられたものの、一部のボックスの中に動物の骨がある証拠が得られた。 箱の製造プロセスの痕跡と、開口端を封止するために使用された方法が、X 線撮影と X 線 CT の両方で観察されました。 ボックスのうち 3 つでは、データ内の強い縞模様のアーティファクトから、非常に高密度の物体が特定されました。 これらは銅合金または鉛で作られていると疑われていますが、厚さと密度のため、それ以上の詳細は明らかにできませんでした。

中性子イメージングは​​、X 線イメージングを補完する非侵襲的技術として確立されています 18,19。 X 線は一般に原子番号が大きい元素によってより強く減衰しますが、中性子にはそのような相関関係はありません。 特に、X 線とは対照的に、中性子は水素によって強く減衰され、鉛などの金属によって弱く減衰されます。 したがって、中性子イメージングは​​、有機物質、より一般的には高密度のケーシング内に閉じ込められた軽い物質、たとえば多孔質の岩石内部の水などの検出に特に効果的です20。 これらの特性は文化遺産の研究にうまく応用されており、青銅製のチベット仏像 21,22 や祭壇石内部の遺物 23 の有機物内容が明らかになりました。 青銅製の船模型の製造を検討する24。 鉄剣の腐食段階のマッピング25。 中性子断層撮影法は、包まれた猫のミイラの研究でも X 線 CT と比較されています 26。 ジェット、スターマン、ドレイマン・ワイザーによる 1985 年の研究では、ボルチモアのウォルターズ美術館にあるハヤブサのブロンズ像に、頭部の小さな開口部から内視鏡を挿入したところ、鳥の骨が含まれていることが判明しました。 X 線撮影では、青銅による X 線の強い減衰のため、遺跡に関するそれ以上の情報を明らかにすることはできませんでした。 中性子線撮影により、像内部の骨の画像が大幅に改善されました6。

この記事では、以前に X 線撮影と X 線 CT イメージングで研究された、大英博物館コレクションの 6 つの銅合金絵馬の中性子断層撮影について詳しく説明します9。 まだ密封されたままの箱のこれらの稀な例は、以前の研究によって示唆された内部に興味深い特徴/素材が存在する可能性に基づいて選択されました。 このような箱の性質と機能についてはエジプト学者の間で議論があり、そのため中に動物のミイラが入っているかどうかを確認することに関心が集まっています。 多くの箱は非常に小さく、上に描かれているミイラ化した動物の体、少なくとも完全な体を入れることはできなかったでしょう。 これらの箱がもっぱら奉納物であったことを証明することも困難です。 この6つの箱のグループと同時代のものであり、同様の考古学的文脈でしばしば発見される大量生産されたエジプトの青銅に関する最近の議論は、一部が儀式の際に使用された可能性があることを示唆しており27、これらの箱の一部にも当てはまった可能性がある。 過去の研究に基づいて、実験の目的は、箱の中の有機物の残骸を特定し、箱の製造についての洞察を得ること、そして、3つの箱の中で以前に観察された未知の高密度の物体を特定することでした。

この研究で調査された絵馬のうちの 3 つ（大英博物館受託番号 EA27584、EA49144、および EA49146）は、1885 年に西ナイルデルタのナウクラティスで発見されました。ナウクラティスは紀元前 7 世紀後半に設立された国際港であり、重要な部分を占めていました。地中海世界とナイル渓谷の間の貿易ネットワーク。 箱にはトカゲとウナギが描かれており、紀元前 500 年から紀元前 300 年のものと考えられています 2,4,28。

トカゲの人形が上に置かれた箱 EA36167 は、ナイル川デルタ東部のテル・エル・イェフディエで発見され、1876 年に大英博物館に購入されました。この箱は後期 (紀元前 664 ～ 332 年) のものとされており、それ以上の情報はありませんは、その検索スポットまたはコンテキストで認識されます。 箱の底面に細い亀裂が走っていますが、内部までは貫通していないようです。

ボックス EA71428 と EA36151 (それぞれ出所不明) の上部には、一部がウナギ、一部がコブラで、人間の頭が付いています。 箱 EA71428 は 1989 年に大英博物館のコレクションに登録され、箱 EA36151 は 1867 年に大英博物館によって購入されました。どちらもおそらく後期、プトレマイオス朝初期、遅くとも紀元前 7 世紀半ばから 3 世紀のものと考えられます。 ウナギやトカゲが描かれた絵馬箱は、古代エジプトでは太陽と創造の神アトゥムと関連付けられていました29。 アトゥムは、二重の王冠をかぶった、人間の頭の一部がウナギで一部がコブラの生き物として擬人化された形で表現されることがよくあります。

研究された6つの絵馬箱はすべて銅合金で作られており、依然として石膏プラグで密閉されています。 ボックス EA49144 のプラグにはドリル穴がありますが、完全には貫通していません。 6 つのボックスの詳細と写真を表 1 に示します。

以下に詳述する結果では、断層撮影スライスの向きに次の規則が使用されています。右/左 - ボックスを乗り越える生物の適切な右/左に対応します。 正面 - 生き物の頭に最も近い箱の端（密閉された開口部の反対側）。 上面図のスライスは、右の壁が下にあり、前壁がスライスの右側にあるように方向付けられます。 側面図のスライスは、ボックスの底部が底部になり、前壁がスライスの右側になるように配置されます。 正面図スライスは、左右の壁が鏡像化されるように、ボックスの正面から表示されます。 距離測定の不確かさは、リストされている最初の 5 つのボックス (再構成ボクセル サイズ 0.055 mm) では ± 0.2 mm、ボックス EA36151 (ボクセル サイズ 0.103 mm) では ± 0.4 mm です。

2頭のトカゲが上に置かれた箱には、動物の死骸と、箱に入れる前に死骸を包むために使用されたと思われる繊維片が入っていることが判明した（図1）。 動物の遺体は断片的な状態だが、長さ約50センチメートルの骨が見つかった。 8.1 mm が確認できます (図 1a)。 繊維はリネン、綿、ウールの可能性がありますが 30、動物のミイラの包装によく使用されるため、リネンであると考えられています 31。 織物は緩めの織り方で、糸と糸の間には1〜2 mmの間隔があります。 ロストワックス鋳造技術32の証拠は、チャプレットと内壁を覆うコア材料（おそらく粘土）の層の存在で見ることができます（図1b）。 チャプレットはボックスの壁とコア材料に埋め込まれており、おそらく水酸化物などの水素含有金属腐食生成物により、中性子を強く減衰します（線減衰係数 1.5 ～ 1.6 cm-1）。 鉄は銅合金よりも酸化しやすいため、より早く腐食するため、チャプレットの腐食量が著しく多いことは、それらが鉄でできていたことを示唆しています。 さらに腐食の痕跡が箱とトカゲのフィギュアの外層に見られます。 箱とループやトカゲのフィギュアの間には目に見える不連続性はなく、すべてが単一の鋳造で製造されたことを示唆しています。 ボックス EA27584 の中性子 CT ボリューム レンダリングは、補足情報の図 S1 に示されています。

EA27584 多平面最大強度投影 (MIP) 中性子 CT 画像: (a) 側面図、ボックスの右側から 6.1 mm の位置に中心を置いた厚さ 1.16 mm のスライス。長さ 8.1 mm の骨の存在が強調されています (実線の矢印)。 (b) 上面図、箱の底面から 8.3 mm の位置にある厚さ 12.43 mm のスライス。繊維、腐食したチャプレット (実線の矢印)、およびコア材 (破線の矢印) の存在を示しています。

ウナギの人形と 2 つの吊り下げループを上に置いた箱の中性子断層撮影により、片側に石膏プラグ、反対側に破片と凝結物の存在が明らかになりましたが、識別可能な動物の残骸はありませんでした (図 2)。 最も興味深い特徴は、石膏プラグ内に織物の破片が存在することです。これは、約 10 mm の間隔で配置された個々の糸をはっきりと示しています。 0.8 mm間隔で平織りに配置されます（つまり、縦糸と横糸が直角に交差します）（図2a）。 プラグはボックス内に最大 46 mm まで入ります。 プラグの中性子減衰は約 1000 から 1000 に急激に低下します。 深さ27 mmを超えると0.3〜0.1 cm−1（図2b、cの領域1と2の境界）。 この減衰の違いの原因は明らかではありません。 考えられる説明の 1 つは、プラグ内の石膏はこの深さまでしか伸びておらず、その先にはより減衰の弱い繊維だけがあるということです。 箱の外側から見えるプラグの幅 3.5 mm のドリル穴は、約 10 mm まで伸びています。 プラグに5mm差し込みます。 プラグの長さに沿って走る別の狭い空洞が、中性子 CT によって明らかになりました。 この空隙は真っ直ぐではなく、幅が 0.2 ～ 0.9 mm と変化しており、これはドリル穴ではなく、おそらくプラグ内部の繊維の折り畳みによる隙間であることを示唆しています。

EA49144 中性子 CT スライス。 (a) 側面図、ボックスの右側から 3.2 mm のスライス (実線の矢印: プラグ内のテキスタイル)。 箱の底面から (b) 4.0 mm および (c) 5.3 mm の位置にある上面スライス。内部領域 (1) 石膏プラグ (2) 弱く減衰しているプラ​​グの端、(3) 破片。 実線の矢印: プラグに隣接する未確認の物体。 破線の矢印: プラグのドリル穴。 点線の矢印: プラグを貫通する狭い空隙。

箱内の断片化された物質は、中性子の減衰が 0.6 ～ 0.9 cm-1 の範囲にある、幅最大 1.2 mm の複数の丸い物体を含むマトリックスで構成されています。 追加の未確認物体がボックス内のプラグの近くに存在します (図 2b)。 オブジェクトは約です。 大きさは7.7×1.5×0.3mmで、丸まった紙や布のような形状をしており、中性子減衰は0.9～1.0cm−1である。

いくつかの小さな椎骨の寸法は約 10 mm です。 ボックス EA49146 の中性子 CT により 1 × 1.5 × 2 mm (図 3)、およびおそらく骨である複数の遊離した破片が明らかになりました。 椎骨と断片の中性子減衰係数は 0.3 ～ 0.5 cm-1 と測定され、ボックス EA27584 の長骨 (0.4 ～ 0.5 cm-1) に匹敵します。 箱の内部の上部近くに、約30センチメートルの小さな繊維の破片が見られました。 3×3mm。 腐食したチャプレットが 3 つ存在し、そのうちの 1 つが右側の壁から破損し、箱の中に緩く横たわっています。

EA49146 多面中性子 CT スライス、平均スライス厚 0.44 mm: (a) ボックスの右側から 7.0 mm の位置を中心とした側面図のスライス (実線の矢印: プラグを覆う金属板、点線の矢印: プラグ、点線の矢印: ルーズ チャプレット)。 (b) ボックスの右側から 11.7 mm を中心とした側面スライス (挿入図: 椎骨、横断面)。 (c) 箱の底面から 13.8 mm の位置を中心とした上面図のスライス (挿入図: 織物の断片)。 (d) ボックスの底面から 2.1 mm の位置を中心とした上面スライス (挿入図: 椎骨、縦断面、実線の矢印で示す)。

ボックス EA36167 は、内部全体にさまざまな領域とさまざまな素材が使用されています。 開口部を密閉する金属パネルのすぐ後ろには、長さ 13 ～ 20 mm の石膏層があり、その後に約 50 × 20 × 11 mm の織物の束が続きます。 束の向こう、開口部から最も遠い箱の端には、箱の壁との境界面に低減衰材料があり、その中央には空洞があります (図 4)。 明るい領域として示されている 3 つの腐食した首飾りが箱の壁の内側に存在し、開口部の反対側の壁に 1 つ、各側壁に 1 つずつ存在します。

EA36167 多面中性子 CT スライス、平均スライス厚 0.55 mm: (a) 箱の底面から 6.9 mm の位置を中心とした上面図のスライス。3 つの内部領域が示されています。(1) 箱を密閉する石膏プラグ、(2) 織物と動物の遺体、( ３）中央に空洞のあるリード（実線の矢印：腐食したチャプレット、点線の矢印：脊椎、横断面、破線の矢印：トカゲの頭蓋骨、挿入図：長さ６．２ｍｍの長骨のコントラスト強調図）。 (b) ボックスの底面から 8.9 mm の位置を中心とした上面スライス (破線の矢印: 椎骨、挿入図: 上面図のトカゲの頭蓋骨の上部のコントラスト強調図。軌道は実線の矢印で示されます)。

繊維の束の中には、長さ 6.2 mm の完全な長骨や、約 2 mm の椎骨を含む、いくつかの小さな骨や骨片があるようです。 1.5×1.5×2.0mm。 箱の開口部から最も遠い束の端に向かって、無傷のトカゲの頭蓋骨が見え、下顎骨と眼窩が上面図の CT スライスで見られます (図 4)。 下顎は約です。 幅8.5mm×長さ10.4mm、軌道は約10mm。 幅1.8mm×長さ3.1mm。 種内でサイズが異なるため、中性子トカゲのデータからトカゲの種を特定することはできませんが、骨の大きさはメサリナ属のトカゲと一致しており、そのいくつかの種はアフリカ北部の固有種です33,34。 、35。 絵馬の上部にあるトカゲの人形は、背中の長さに沿って走る斑点や縞模様で装飾されています。 メサリナ属のいくつかの種にも斑点や縞模様があります。 M. ルブロパンクタタの X 線マイクロ CT スキャンは、EA36167 内で見つかった遺体と比較するために、MorphoSource リポジトリ 36 でアクセスされました。 この標本の眼窩、下顎骨、C1椎骨および長骨のサイズは補足情報表S1に示されており、絵馬の中性子CTスキャンから測定されたものとほぼ同様です。

開口部から最も遠い箱の端にある物質は、この領域で以前に報告されている X 線の強い減衰と比較して中性子の減衰が低いため、鉛であると識別できます9。 リードの形状と、リードが 2 つのチャプレットを取り囲んでいるという事実に基づいて、リードは溶けた状態で箱に導入されたと考えられます。 リードに空白があることを考えると、もともと内部に何かがあった可能性を排除することはできません。 鉛の内側に、織物の束と接触して、おそらく鉱物含有物を含む粘土/土である小さな結石領域が見られます。 腐食による強い減衰の領域が、ボイドの両端のリードに存在します（補足情報図S2を参照）。 この腐食の潜在的な原因は、鉛の近くにある動物の物質の腐敗です。

箱 EA71428 の以前の X 線撮影と X 線 CT スキャンでは、それぞれ箱の内部の長さに及ぶ 2 つの高密度の長い物体が発見されました。 中性子トモグラフィーでは、これらの物体（0.2〜0.4 cm−1）からの減衰が低いことが示されており、これらの物体が鉛でできていることが示唆されています（図5）。 上部の鉛の物体（長さ約 179 mm、高さ 13 mm）は、箱の上のウナギのフィギュアの内側に収まり、その上面の曲がりくねった形状と一致し、平らで広い底面に広がります（図 5b および 6）。 その形状から、上部の鉛片は箱を逆さまにして溶融状態で箱に流し込まれ、固化した後に箱の内壁から剥がれたと考えられる。 上部のリード片の下側には、その長さの大部分にわたって腐食層があり、これは腐敗する有機材料に近接したことが原因である可能性があります。 この腐食は、石膏と織物プラグと接触しているリード線のさらに深くまで浸透し、さらにボックス内の 2 点で、表面の明確な小さな領域からリード線内に広がっているように見えます (図 6c、図 6c)。 d)。 下部のリードオブジェクトは断面が長方形（約 166 × 13 × 5 mm）で、長さに沿ってほぼ平らで、箱の内壁に対して斜めに傾いています（図 5b および 6e）。 この下部のリードオブジェクトは上部のサポートとして機能し、上部がボックス内部の底部に落ちるのを防ぎます。

EA71428 (a) X 線および (b) 中性子 CT スライス (側面図および正面図)。 破線でマークされた位置で撮影された正面図のスライス。 中性子 CT 画像は 2 つの隣接する平面 (0.110 mm のスライス厚を与える) にわたって平均され、X 線 CT データ (0.108 mm のスライス厚) とほぼ一致します。 実線の矢印: 鉛片 (中性子 CT の側面図では、矢印は上部の鉛片の深い鉛腐食の領域の中心にあります)。 破線の矢印: プラグ内のテキスタイル。 点線の矢印: ばらばらの破片。 X 線 CT データは前回の研究中に取得されました9。

EA71428 中性子 CT ボリューム レンダリング。 (a) ボックスの全体図。 (b) – (e) さまざまな高さでの断面図 (ボックスのベースから測定): (b) 24.0 mm、ウナギの図を通る (実線の矢印: 中空の内側の上部の鉛片)。 (c) 21.3 mm、上部ボックス壁を貫通 (実線の矢印: 鉛の腐食、破線の矢印: ボックスの修理、点線の矢印: チャプレット)。 (d) 17.7 mm、上部リード片の基部を貫通 (実線の矢印: 鉛の腐食)。 (e) 12.9 mm、ボックス中空部分（実線の矢印：下部リード片、点線の矢印：プラグ内の繊維、点線の矢印：緩んだ破片）。

折り畳まれた繊維を含むプラグが、箱の後部の四角い開口部のすぐ内側に見られます (図 5b および 6e)。 この繊維は、開口部を覆う破損した金属板の後ろの箱の外側に視覚的に見ることができる漆喰で囲まれていると考えられています。 箱の前端に少量の破片（約 23 × 23 × 13 mm）が見られます（図 5b）。 大きな破片は 2.0 ～ 3.2 cm-1 という強い中性子減衰を示し、これは他のボックス内の骨で測定された値よりもはるかに高くなります。 これらの破片が何であるかは不明ですが、石灰化した骨からのものとしては減衰が強すぎると思われます。

中性子トモグラフィーで見られたボックス EA71428 の製造の証拠は、以前の研究で導き出された結論を裏付けています 9。フィギュアのボックスとウナギの部分は一緒に中空鋳造されました。 人間の冠をかぶった頭部を備えたコブラ フードは別途固体鋳造され、コブラ フードの後ろにある小さなサポートで箱に取り付けられました。 これらの取り付けは、融接（溶融した部品を一緒に接合し、場合によっては部品と同じ組成の溶加合金を使用する）または硬はんだ付け（わずかに低い溶融温度の溶融合金とフラックスを使用して接合する）によって作られたと思われます37。というのは、結合部には中性子の減衰が著しく異なる材料が存在しないからである。 箱のロストワックス鋳造の痕跡は、全体に見られる腐食した金属製のチャプレットによって証明されます。側壁に 3 つ、底部に 1 つ、上部に 1 つ (ウナギの像を貫通)。 箱の内側には 2 つの独立した首飾りが存在しており、元々は箱の開口部近くの底部と側壁にそれぞれ配置されていたと考えられています。 中性子CTにより、約30mmの満たされた丸い穴が明らかになりました。 直径 3.6 mm、ウナギの体が箱の上部と接する点の近くの箱上にあります (図 6c)。 この穴の充填材の中性子の減衰は、ボックス内の鉛の中性子減衰と同様です。 これは鋳造中に形成された欠陥の古代の修復である可能性があります。

中性子断層撮影法により、この研究のために研究された最大の奉納箱であるEA36151の製造、内容物、そしてその後の追加物の証拠が得られました。 断層撮影データでは、ウナギの像と箱の上部の間に、かすかな境界が見えます（図7a）。 これは、箱とフィギュアが別々に鋳造され、後でおそらくはんだ付けを使用して結合されたことを示しています。 鋳造プロセスの残りの箱には 11 個のチャプレットが存在します。各側壁に 4 個が箱の長さ全体にほぼ等間隔に配置され、底部に 3 個あります。 チャプレットの減衰係数 (1.3 ～ 2.0 cm-1) は、この研究で調べた他の 5 つのボックスの減衰係数と同等であるため、これらも腐食した鉄であると想定されます。

EA36151 中性子 CT は、ボックスの (a) 中心、(b) 左壁および (c) 右壁 (側面図)、(d) ボックスの上面および (e) 底面 (上面図) をスライスします。 (a) の挿入顕微鏡画像は、ボックスの底部 (倍率 20 倍) とハイブリッド フィギュアのクラウン (倍率 50 倍) で強く減衰している物質を示しています。 (b) の実線の矢印は、明らかに古代の鋳物の修復を示しています。 (c) ～ (e) の破線の矢印は、大英博物館での過去の保存処理による強減衰樹脂で囲まれた箱の壁の亀裂を示しています。

約3mmの穴を埋めます。 箱の底部には直径 3 mm の穴があり、ここには以前は冠が存在していた可能性があります。 充填材の顕微鏡画像から、充填材はワックス、樹脂、石膏、または複数の成分を含む混合物で作られているように見えます（図 7a）。 このフィラーの中性子減衰 (2.4 ～ 2.6 cm-1) は、11 個のチャプレットよりも著しく大きい。 人物が着用している二重冠の上部の顕微鏡画像と測定された中性子減衰 (2.5 ～ 2.6 cm-1) からも、この領域にワックスまたは樹脂が塗布されていることを示しています。 これら 2 つの箱への追加は、発見後に行われた可能性があります。

中性子 CT 画像では、ボックスのいくつかの修復領域が見られます。 箱の左側の修理は、おそらく鋳造中に形成された穴を覆うために、元の製造プロセス中に行われたと思われます (図 7b)。 箱の正面右隅にある大きな修理は、1977 年に大英博物館で行われた保存処理の一部です。この隅の腐食と亀裂の領域を修復するためにボンダペースト (ポリエステル樹脂) が使用されました 38。 このコーナーの中性子断層撮影（図7c〜e）では、上部、右側、および底壁の損傷と、銅合金壁（0.6〜0.7 cm）と比較して樹脂（1.4〜2.0 cm−1）の比較的高い減衰が明らかになります。 −1)。 この保存処理を強調する顕微鏡による中性子CTボリュームレンダリング画像を補足情報図S3に示します。 鉛を含む領域が箱の内側、修復された表面のすぐ後ろに存在します。 鉛には最大幅 5.3 mm の丸い空洞がいくつかあり、箱の内部を貫通する 2 つのチャプレットを包み込んでおり、鉛が溶けた状態で箱に注がれたことを示唆しています。 箱のこの部分を支えるために、古代の修理の一環として鉛が追加された可能性があります。

ボックス EA36151 には、ばらばらの断片化した材料 (約 60 × 35 × 22 mm) も含まれています。 いくつかの潜在的な骨片が存在しますが、特定できた完全な骨はありません。 緩い物質内に高度に減衰する物体 (1.0 ～ 1.6 cm-1) がさらに存在する場合は、結合水または水和物を含む土壌または砂を示している可能性があります。 ボックスEA36151内のフラグメントのさらなる中性子CTスライス画像は、補足情報図S4に示されています。

中性子 CT 研究からの 6 つの絵馬ボックス内の所見の概要を補足情報表 S2 に示します。 補足情報図S5に要約されているように、腐食したチャプレットが各ボックスで見つかりました。

3 つのボックスで見つかったリード領域がセグメント化され、その体積が計算されました。 ボックス EA36167、EA71428、および EA36151 内の鉛の質量は、鉛の想定密度 11.3 g cm-3 を使用して、それぞれ 54 ± 3 g、338 ± 15 g、および 351 ± 14 g と計算されました (詳細は補足情報を参照)表S3); 鉛の腐食が存在するため、これらの値はわずかに過大評価される可能性があります。

この研究では、中性子トモグラフィーを利用して、古代エジプトの銅合金で作られた 6 つの奉納箱の中身を非侵襲的に研究し、動物の遺物の存在を調べ、容器の製造状況を理解しました。光線イメージングの研究。 さらに、以前に X 線で観察されたように、中性子を使用して、6 つのボックスのうち 3 つのボックスの内側に存在する高密度物質が鉛であると特定されました。 内部アセンブリの複雑さと、ばらばらの素材、布地、石膏にも同様の中性子減衰が存在するため、箱の中の動物の遺体を隔離して特定することは困難でした。 それにもかかわらず、調査された6つの奉納箱のうち3つ(EA27584、EA49146およびEA36167)で骨が観察され、より大きな2つの箱(EA71428およびEA36151)にも壊れた骨が存在する可能性があります。 ほとんどの骨は断片的な状態ですが、ボックス EA27584 と EA36167 では完全な長骨が観察されました。 中性子CT画像では、箱EA36167の中に明らかに無傷のトカゲの頭蓋骨があることも明らかになった。 この頭蓋骨の寸法と、箱の上に鋳造されたトカゲの人形のスタイルは、メサリナ属のトカゲのそれに似ています。 ただし、トカゲの種や年齢によって骨格サイズが異なるため、中性子 CT スキャンから種を特定することは困難です。 残りの箱の中の頭蓋骨は特定されておらず、時間の経過とともに壊れたか、当初は存在していなかったものと考えられています。 3つの箱の内側には繊維の破片が観察され、その中には動物の骨も存在しており、動物が箱の中に入れられる前に包まれていたことが示唆された。

ボックス EA36167、EA71428、および EA36151 内には、かなりの量の鉛が含まれています。 鉛は銅やその合金よりも融点がはるかに低いため、鉛は鋳造後に箱の中に入れられたに違いありません。 箱 EA36167 および EA36151 の鉛の形状と分布は、鉛が箱に導入されたときに溶けていたことを示していますが、EA71428 の長い長方形の下部分は挿入されたときに固体であった可能性があります。 EA71428 の上部の鉛片は、その形状が箱の上にあるウナギの人形の内部の空洞の形状によく似ているため、おそらく箱を逆さまにして溶かした鉛を箱に流し込んだ結果であると考えられます。 古代エジプトでは、鉛は魔法のような地位を占めており、愛のお守りの製造や敵の処刑の儀式、あるいは、特に興味深いことに私たちの場合はミイラの保護に選ばれる素材でした39。 防腐処理業者によって切開部に適用されたホルスの目の切開プレートは鉛から作られている可能性がありますが、他の材料が証明されています。 鉛の核は、サッカラのブロンズ製のハヤブサ像の内部からも以前に発見されました40。 エジプトの神の像や神聖な品々のごく一部のみが通常鉛で作られていたようですが、これはおそらく経済的コストの安さよりもむしろこの素材の象徴的な意味合いによるものと思われます (ネフェルトゥムと子供の神々の鉛の像、模型を参照)トニス・ヘラクレイオンの先頭に立ったオシリアの行列はしけの船。 ボックス EA71428 の中性子断層撮影では、鉛片の表面に刻印がないことがわかりました。 鉛の追加は、一端に背の高い頑丈な金属製のフィギュアを備えた箱の重心を下げる、または弱いまたは損傷した領域に追加のサポートを提供するなどの実用的な用途によって促進された可能性も考えられます。 EA36151の場合。 ただし、このような説明は EA36167 についてはあまり有効ではないと思われます。

この研究で調査した 6 つの箱のうち、鉛の入っていない 3 つの箱には吊り下げ用のループがあり、ループのない 3 つの箱のそれぞれには鉛が存在します。 ループを特徴とする箱は、表面に置かれるのではなく、神社や寺院の壁、カルトの彫像、または行列に使用される神聖な船から吊り下げられていたと推測されます。 中性子イメージングでは、ボックス EA36167 および EA71428 のリードの表面に腐食も明らかになりました。 腐食領域で見られるより高い中性子の減衰は、水素を含む腐食生成物の存在を示唆しています。これはおそらく鉛と空気および腐敗した動物の遺体、およびボックス EA71428 の場合の石膏プラグとの接触の結果であると考えられます。

奉納箱の製造にロストワックス鋳造が使用されている証拠は、各箱に複数の飾りが入っていることからもわかります。 チャプレットの強い中性子減衰は、それらが水素を含む腐食生成物を含んでいることを示しています。 鉄は銅合金よりも耐腐食性に劣る材料であるため、鉄製チャプレットを使用することが提案されています。 各ボックスに存在するチャプレットの数は、ボックスの寸法にほぼ比例します。これは、ワックスが溶けて除去された後、金型内のコア材料の構造的安定性を確保することを目的としているためです。 コア材はボックス EA27584 内に残り、その中にチャプレットが埋め込まれています。 ほとんどの場合、箱の上に描かれている動物は、箱と一緒に鋳造されたように見えます。 最大の箱 (EA36151 および EA71428) には、動物の一部または全体が箱の上面にはんだ付けまたは融着されたことを示唆する特徴があります。 箱の寸法の多様性に加えて、箱の製造に使用されたさまざまな技術は、標準化された製造方法が存在しなかったことを示唆していますが、小型の箱には同等の製造技術が使用されていたようです。

この研究では、中性子 CT が、鉛含有量が多く、鉛や有機物が存在することを考慮すると、古代エジプトの銅合金絵馬箱の非破壊検査において、X 線 CT の効果的な代替または補完技術であることを示します。中に含まれる物質。 鉛の存在により、X 線 CT9 では縞模様やビーム硬化による再構成アーティファクトが発生しましたが、中性子を使用することで、絵馬の封を事実上開封し、動物の遺体や織物の包装を含む有機物/低密度の内容物を明らかにすることができました。 中性子 CT では、X 線 CT では検出されなかったボックス EA36151 の修復と損傷も明らかになりました。これは、損傷領域に鉛が近接していたことと、密度は低いが中性子を強く減衰させる後から添加されたワックスまたは樹脂が原因でした。 ボックス EA36167 では、X 線 CT スキャンで鉛領域が動物の遺体と包帯を覆い隠しており、その後この研究で中性子によって明らかになりました。

この研究は、古代エジプトで銅合金の奉納箱が使用されたことのさらなる証拠を提供しており、動物の遺体が亜麻布で包まれ、密封される前に箱の中に置かれていたこと、および箱に鋳造された動物の像が潜在的にそれに対応することを意図していたことを示しています。中の遺跡。

絵馬の中性子断層撮影は、ISIS パルス中性子およびミューオン源 (ラザフォード アップルトン研究所、英国) の IMAT ビームラインで行われました。 IMAT は、中性子の減衰に基づいて物体の画像を取得する冷中性子機器です42、43、44。 IMAT の断層撮影プロセスは、研究室ベースの X 線 CT およびシンクロトロン放射線 CT スキャンのプロセスと似ています。一連の X 線写真は、垂直軸を中心に段階的に回転しながら取得されます。 これらの投影は、すべてのボクセルが局所中性子減衰係数をグレースケール値として記述する、物体 45 の体積再構成を作成するために使用されます。

私たちのセットアップでは、ピンホール サイズ 40 mm、ピンホールからサンプルまでの距離 10 m を使用し、達成可能な最高の分解能約 100 μm を実現しました。 絵馬箱は最長の軸を垂直に揃えて取り付けられました。 この構成により、ボックスを検出器のできるだけ近くに配置することができ、スキャン中の画像のぼやけやボックスを通るビーム経路長の変動を最小限に抑えることができました。 マウントはアルミニウム製で、ボックスの表面を保護するためにテフロンテープが使用されていました。 これらの材料はどちらも中性子減衰係数が低いです。

投影画像は、光学レンズと厚さ 100 μm の ZnS/LiF シンチレーター シートを組み合わせた ANDOR Zyla sCMOS 4.2 PLUS カメラ (2048 × 2048 ピクセル) を使用して取得しました。 改善された計数統計と実験に使用できる合計時間との間の妥協点として、各スキャンで投影ごとに 30 秒の取得時間が選択されました。 スキャン中に各ボックスを 360°回転させました。 投影の数は、ナイキスト シャノンの定理、つまり S(π/2) に基づいてボックスごとに選択されました。ここで、S は、スキャン全体の最大幅でボックスによってカバーされる水平ピクセルの数です。 各絵馬に使用されるスキャンパラメータは、補足情報表S4に示されています。

フラットフィールド（視野外にサンプルがある検出器の照明）と暗視野（ビームシャッターが閉じている状態）の画像がスキャンごとに取得され、中性子ビーム強度、検出器のピクセル応答の不均一性の投影を補正するために使用されました。そしてカメラのノイズ。 投影は、フィジー配布の ImageJ ソフトウェア パッケージ 46 を使用して修正されました。 高エネルギーのガンマ相互作用による投影上の明るいスポットは、フィジーの「異常値の削除」機能を使用して除去されました。

CT 再構成は、平行ビーム フィルター逆投影アルゴリズム 48 を使用して、Octopus Reconstruction ソフトウェア パッケージ 47 で実行されました。 ボックス EA71428 および EA36151 のサイズが大きいため、これらは 2 つの重複する垂直セクションでスキャンされました。 結果として得られた再構成されたボリュームは、その後、Fiji49 の「Pairwise Stitching」プラグインを使用して結合されました。 断層撮影データセットのセグメンテーションとボリューム レンダリングは、VGStudio MAX 3.3 (Volume Graphics GmbH、ドイツ) を使用して実行されました。 この記事では、織物や金属腐食などのボックス内の 3 次元特徴を強調するために、最大強度投影 (MIP) 画像、つまり複数の断層撮影スライスにわたる最も減衰の高いボクセルの 2 次元視覚化を使用しています。 MIP 画像はフィジーの「Z プロジェクト」機能を使用して作成されました。 セグメント化されたリード片の体積は、フィジーの「Voxel Counter」プラグインを使用して計算されました。

さらに、画像調査から強調表示された特定の詳細の顕微鏡検査は、フィルターなしで反射光モードで操作される VHX-5000 デジタル顕微鏡 (Keyence、日本) を使用して実行されました。

この研究のために生成された中性子 CT 生データは、STFC ISIS Neutron and Muon Source リポジトリ: https://doi.org/10.5286/ISIS.E.RB1910562 からダウンロードできます。 再構成された CT ボリュームは、Harvard Dataverse: https://doi.org/10.7910/DVN/RGF7BH からダウンロードできます。 各ボックスに存在するさまざまな領域および材料について測定された中性子減衰係数は、補足情報表S5に示されています。

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著者らは、古代エジプトの織物に関する有益な議論については Caroline Cartwright 氏、絵馬の製造と修理に関する議論については Paul Craddock、Jack Ogden、Duygu Camurcuoglu、および Rachel Weatherall 氏、冶金学に関する議論と原稿へのフィードバックについては Aude Mongiatti 氏に感謝の意を表します。 ISIS パルス中性子およびミュオン源での実験 (実験番号: RB1910562) は、科学技術施設評議会からのビームタイム割り当てによって支援されました。

大英博物館科学研究部門、グレート ラッセル ストリート、ロンドン、WC1B 3DG、英国

ダニエル・オフリン & ローラ・ペルケッティ

科学技術施設評議会 (STFC)、ISIS 中性子およびミュオン源、ディドコット、OX11 0QX、英国

アンナ・フェドリゴ

ギリシャ・ローマ部門、大英博物館、グレート ラッセル ストリート、ロンドン、WC1B 3DG、英国

オーレリア・マッソン・バーグホフ

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DO、LP、AM-B。 研究プロジェクトを考案した。 DO、AF、LP は中性子トモグラフィー実験を実施しました。 著者全員が断層撮影データを解釈しました。 AM-B. エジプト学の文脈を提供しました。 LP は冶金学的解釈を提供しました。 DO と AF は中性子の可視化を実行しました。 DO は原稿の初稿を作成しました。 著者全員が原稿をレビューし、編集しました。

ダニエル・オフリンへの手紙。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

オフリン、D.、フェドリゴ、A.、ペルケッティ、L. 他古代エジプトの密封された銅合金の動物の棺の中性子断層撮影。 Sci Rep 13、4582 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-30468-4

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受信日: 2022 年 10 月 6 日

受理日: 2023 年 2 月 23 日

公開日: 2023 年 4 月 20 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30468-4

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