На протяжении десятков тысяч лет австралийские аборигены создавали одни из самых ярких произведений искусства в мире. Сегодня их работа продолжает длинные цепочки традиций предков, истории прошлого и связи с современными культурными ландшафтами, поэтому исследователи стремятся лучше понять и сохранить культурное наследие внутри.

В частности, знание химического состава пигментов и связующих, которые используют художники-аборигены Австралии, может позволить ученым-археологам и реставраторам идентифицировать эти материалы в важных объектах культурного наследия. Теперь исследователи обращаются к рентгенологии, чтобы помочь выявить состав материалов, используемых в культурном наследии аборигенов Австралии, начиная с анализа столетних образцов растительных выделений или экссудатов.

Австралийские аборигены продолжают использовать экссудаты растений, такие как смолы и камеди, для создания рисунков из камней и коры, а также для практических целей, таких как прикрепление каменных наконечников к ручкам. Но точно неизвестно, из чего сделаны эти растительные материалы.

Поэтому ученые из шести университетов и лабораторий по всему миру обратились к высокоэнергетическому рентгеновскому излучению на Стэнфордском источнике синхротронного излучения (SSRL) в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и на синхротроне SOLEIL во Франции. Команда направила рентгеновские лучи на 10 хорошо сохранившихся образцов растительного экссудата из местных австралийских родов Eucalyptus, Callitris, Xanthorrhoea и Acacia. Образцы были собраны более века назад и хранились в различных учреждениях Южной Австралии.

Результаты их исследования оказались яснее и глубже, чем ожидалось.

«Мы получили прорывные данные, на которые надеялись», — сказал Уве Бергманн, физик из Висконсинского университета в Мэдисоне и бывший научный сотрудник SLAC, разрабатывающий новые рентгеновские методы. «Впервые мы смогли увидеть молекулярную структуру хорошо сохранившейся коллекции образцов местных австралийских растений, что может позволить нам обнаружить их существование в других важных объектах культурного наследия».

Исследователи сегодня опубликовали свои результаты в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Глядя под поверхность

Со временем поверхность растительных экссудатов может меняться по мере старения материалов. Даже если эти изменения имеют толщину всего в несколько нанометров, они все равно могут закрывать вид снизу.

«Мы должны были заглянуть в большую часть материала под этим верхним слоем, иначе у нас не было бы новой информации об экссудатах растений», — сказал ведущий научный сотрудник SSRL Димофенис Сокарас.

Обычно молекулы с углеродом и кислородом изучают с помощью низкоэнергетического, так называемого «мягкого» рентгеновского излучения, которое не может проникнуть сквозь слой обломков. Для этого исследования исследователи направили в образец рентгеновские фотоны высокой энергии, называемые «жесткими» рентгеновскими лучами. Фотоны протиснулись сквозь туманные верхние слои и проникли в нижние элементарные структуры образца. По словам Сокараса, жесткие рентгеновские лучи не задерживаются на поверхности, в отличие от мягких рентгеновских лучей.

Оказавшись внутри, высокоэнергетические фотоны рассеялись на элементах растительного экссудата и были захвачены большим массивом идеально выровненных кремниевых кристаллов в SSRL. Кристаллы отфильтровывали только рассеянные рентгеновские лучи одной определенной длины волны и направляли их в небольшой детектор, вроде того, как кухонная раковина сбрасывает капли воды в канализацию.

Затем команда сопоставила разницу длин волн между падающими и рассеянными фотонами с энергетическими уровнями углерода и кислорода растительного экссудата, предоставив подробную молекулярную информацию об уникальных австралийских образцах.

Путь в будущее

По словам Рафаэллы Джорджиу, физика Synchrotron SOLEIL, понимание химического состава экссудата каждого растения позволит лучше понять подходы к идентификации и сохранению искусства и инструментов австралийских аборигенов.

«Теперь мы можем продолжить изучение других органических материалов, имеющих культурное значение, с помощью этого мощного рентгеновского метода», — сказала она.

Исследователи надеются, что люди, занимающиеся анализом культурного наследия, увидят в этом мощном методе синхротронного излучения ценный метод определения химического состава своих образцов.

«Мы хотим обратиться к этому научному сообществу и сказать: «Послушайте, если вы хотите что-то узнать о своих образцах культурного наследия , вы можете обратиться к синхротронам, таким как SSRL», — сказал Бергманн.