科學創藝術

透視蒙娜麗莎的微笑

除了以藝術的眼光來欣賞達文西的著名畫作,透過科學檢測技術來解讀法國羅浮宮的「鎮館之寶」,你可以看見蒙娜麗莎的另一種微笑!

撰文/陳東和

科學創藝術

透視蒙娜麗莎的微笑

除了以藝術的眼光來欣賞達文西的著名畫作,透過科學檢測技術來解讀法國羅浮宮的「鎮館之寶」,你可以看見蒙娜麗莎的另一種微笑!

撰文/陳東和

達文西的手稿或創作,向來受到關注,特別是繪畫,總被認為藏有許多訊息而帶有神秘的色彩,因此,破解達文西密碼、發現畫中隱藏的秘密似乎成為一種挑戰與流行。當然,除了一般達文西迷之外,學術界對達文西繪畫的探究,始終沒有停止過。

近幾年來,不少博物館更利用許多先進的科學檢測技術,對典藏的達文西作品進行分析研究,希望獲得有關畫作的更多訊息。例如,目前正在台北的華山1914文創園區展出、近年才在義大利南部發現,並由許多學者認定是達文西親筆的自畫像,便借助了紅外光、紫外光、X射線、X射線螢光光譜,以及指紋鑑識等技術,來為其鑑定。究竟利用這些技術可以獲取什麼樣的訊息、揭開哪些隱藏的秘密呢?

就繪畫欣賞而言,觀者在觀賞畫作時,通常直接感受作品整體所呈現的視覺意象,以及其所傳遞的訊息,畫作的物質型式及材料組成反而退隱於後。然而,藝術家在創作的過程中,為了達到某種視覺效果,有不少時間是用來與繪畫材料及技法打交道,以克服許多技術上的問題。

達文西是一個同時具備藝術、科學與工程等多方面創造力的文藝復興人,在繪畫上也融入了許多他所發現及掌握的科學元素,例如幾何、透視法、光影與色彩,以及嘗試各種繪畫材料混合配方與技法。也因其背後有獨特的思維和技法,才能創作如「蒙娜麗莎」這樣神秘而引人入勝的作品。為了進一步探索「蒙娜麗莎」的神秘所在,並了解達文西的技法獨特之處,除了從歷史面向研究人物角色與背後的故事之外,就是回到物質材料上尋找線索了。

藏在畫作表面下的痕跡

法國羅浮宮典藏多幅達文西油畫,研究人員近一、二十年來,前後多次借助不同的檢測技術進行研究,除了獲取保存與修復所需的訊息外,同時希望藉由影像、繪畫材料的分析來了解達文西的創作技法。以「蒙娜麗莎」為例,曾在2004年送進位於羅浮宮的法國博物館研究與修復中心(C2RMF)實驗室,在多位專家的合作下,利用各類非破壞檢測技術進行大體檢。此次體檢除了法國,也結合了義大利、加拿大及美國的藝術史家、科學家及保存修復專家共同把脈,檢測結果也出版了法文版與英文版的專書(Au Coeur de La Joconde-Leonard de Vinci decode與Mona Lisa-Inside the Painting)。由於筆者2004年仍在C2RMF實驗室參與文物科學檢測的工作,因此躬逢其盛,有幸從旁就近了解「蒙娜麗莎」的檢測過程。

在這些檢測技術中,除了一般的可見光攝影外,還包括三大類:利用多頻譜影像術及X射線透視,觀察一般肉眼不可見或不易察覺的繪畫細節;利用拉曼光譜術和X射線螢光光譜術(X-ray fluorescence, XRF)確認顏料種類以及所含的成份;利用分光光譜儀,分析並模擬畫作的光學呈色機制等。

油畫包含多層結構,由下而上一般包括基底材、準備層、繪畫層及保護層(或稱凡尼斯層),其中繪畫層又可能因為塗改之故,在肉眼可見的最外層下,覆蓋了修改前的影像。此外,繪畫也可能歷經多次修復,在原作之上添加了與原作不同的繪畫材料。後人如何知道畫家在不同層次所使用的材料或顏料?


前面所提的多頻譜影像術,其實就是使用了包括紫外光、可見光及紅外光等不同波長的光,對畫作進行檢視。許多繪畫材料,特別是有機材料,例如油、膠、漆或凡尼斯,在紫外光及部份可見光照射下會產生螢光,不同波長的光源造成的螢光效應可能有異,而不同材料的螢光反應及波長範圍亦不同。因此,螢光效應常用來觀察畫作是否有修補的痕跡。透過紫外光檢視,可看到「蒙娜麗莎」畫作天空處及右下方有幾處修補或清洗過的痕跡,因為清洗所用的溶劑溶解了凡尼斯,使其變薄,於是螢光影像明顯與周圍不同。此外,畫作上端有一條較長的修復痕跡,並可看到基底木板的裂縫,這是因為1956年畫作受到攻擊時所造成的毀損。


螢光效應一般只能觀察繪畫表面,而紅外光的波長較長,可以穿透繪畫表層,看到肉眼無法洞視的影像。不同材料對紅外光的吸收程度不同,例如矽、石英及純玻璃在紅外光下是透明的,但碳、墨等則容易吸收紅外光,顏料的吸收情況則視成份而定。利用波長900~2200奈米的紅外光檢視畫作,通常較容易看到下層底稿的痕跡。在「蒙娜麗莎」畫作的紅外光影像中,我們能清楚看到蒙娜麗莎右手指擺放的位置曾經被修改過,而身上所罩的薄紗更為清楚,也驗證了文藝復興畫家、藝術史家瓦薩里(Giorgio Vasari)所記載的:喬孔德夫人(即蒙娜麗莎)穿著的正是當時的孕婦裝。


顏料顆粒中的密碼


「蒙娜麗莎」一畫最受關注的議題之一,莫過於畫中朦朧效果的「暈塗法」(sfumato)了。但是達文西的「暈塗法」實際的技法為何?


從達文西的筆記中,我們知道他對光學、大自然中的光影與色彩的研究下過工夫,並且有獨到的見解。可想而知,他也把這些知識轉化至畫作中。油畫的色彩是結合許多物理及化學作用而成,除了顏料的化學組成外,顏料顆粒的大小也會因光的散射作用不同,產生不同的視覺色彩效果。後者可以從「天空為何是藍色」與「霧為何是白色」這樣的問題來理解。天空呈現藍色,主要是雷利散射(Rayleigh scattering)造成,即大氣中有尺寸遠小於太陽光波長的微小顆粒,使光產生散射的結果。在雷利散射中,散射光的強度與入射光的波長四次方成反比,藍色光由於波長較短,因此散射強度較大,這也是何以天空呈現藍色的原因。另一方面,如果大氣中的顆粒半徑接近或大於太陽光波長時,入射光大部份沿前進的方向散射,這種現象稱為米氏散射(Mie scattering),而這樣的光會呈現白色或灰色,這就是霧(顆粒大於入射波長)看起來是白色的原因。一般天空的實際顏色是各種散射結果的綜合。


油畫中,顏料也會因為顆粒大小不同,對光有不同的散射作用,造成色彩的細微變化。那麼達文西畫中使用了哪些顏料?顆粒大小分佈狀況如何呢?


關於顏料種類與組成,主要使用XRF判定顏料中所含成份,並利用拉曼光譜分析其分子結構,從而判定顏料種類。XRF原理是利用X射線照射樣本,激發樣本中所含各類元素的特徵X射線(characteristic X-ray),由於每一種元素的特徵X射線能量不同,從測量所得的光譜能量分佈,即可判定元素種類。XRF依儀器配備不同,可做定性、半定量及定量分析。不過就油畫顏料分析而言,由於顏料經常混合使用,而且不同的顏料可能含有某些相同的元素,有時僅利用XRF分析無法精確判定,因此通常會再結合其他分析技術,例如拉曼光譜術,做交叉比對。


拉曼光譜術近年來已廣泛應用於文物檢測,主要是因為非破壞性(激發光的功率通常控制在1~3毫瓦特以下),快速提供材料分子結構訊息,對材質的判定極有幫助。不過利用拉曼光譜分析油畫顏料時,由於油畫中的凡尼斯及畫用油等有機材質會產生螢光,干擾拉曼訊號,有時必須使用不同的雷射激發光源或在技術上做一些改良,才能偵測到拉曼訊號。


利用XRF與拉曼光譜分析後,大致可判定「蒙娜麗莎」畫中使用的顏料包括鉛白、銅藍(可能為藍銅礦)、銅綠(可能為孔雀石)、鉛錫黃、朱砂、碳黑,以及含鐵、錳、鈣的燒赭土(brunt umber)。這些顏料與分析結果,與達文西另外一幅藏於羅浮宮的畫作「聖母、聖子與聖安妮」早年所做的顏料分析大致相同。其中,蒙娜麗莎臉上的色澤主要是由鉛白、朱砂與燒赭土,以不同比例調配而成。根據更早期對達文西同一時期的其他畫作取樣分析研究,技法上,達文西在膚色的部份,從下到上共分四層:鉛白底層,混合鉛白、朱砂及其他材料的粉紅層,表現陰影的半透明亮面漆(glaze)或含深色顏料的漆層,以及最外層的凡尼斯層。因此合理推論,蒙娜麗莎的臉頰也使用同樣的畫法。


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