Industrielle Messtechnik trifft antike Bibliothek: Was auf den ersten Blick wie ein ungewöhnlicher Forschungsausflug wirkt, ist in Wirklichkeit ein präzises Lehrstück darüber, was moderne Infrarottechnik leisten kann - und wo ihre Grenzen liegen.
Beim Ausbruch des Vesuvs im Jahr 79 n. Chr. wurde die Villa dei Papiri in Herculaneum unter bis zu 20 Meter vulkanischem Schlamm begraben - mitsamt über 1.800 Papyrusrollen, die heute als Herculanensische Papyri bekannt sind.[1] Was die Katastrophe vernichtete, konservierte sie paradoxerweise zugleich: Die extreme Hitze verkohlte die Schriftrollen, schloss aber gleichzeitig Sauerstoff aus und verhinderte so den vollständigen Zerfall.
Die Herculaneum-Papyri sind die einzige aus der Antike erhaltene zusammenhängende Bibliothek der griechisch-römischen Welt - ein Umstand, der Forschern und Restauratoren seit Jahrhunderten schlaflose Nächte bereitet.
Das zentrale Problem: Schwarz auf Schwarz
Wer die Papyri lesen will, stößt auf ein fundamentales physikalisches Hindernis. Sowohl das verkohlte Papyrussubstrat als auch die Tinte sind schwarz - herkömmliche Bildgebungsverfahren stoßen deshalb schnell an ihre Grenzen. Im sichtbaren Spektralbereich geht der Kontrast schlicht verloren.
Röntgenbildgebung kann funktionieren, insbesondere in Kombination mit künstlicher Intelligenz, ist jedoch komplexer und kostenintensiver. Zudem müssen die Papyri dafür in spezialisierte Labore transportiert werden. Für Fragmente, die bereits vor Jahrhunderten mechanisch entrollt und auf Trägerplatten montiert wurden und heute äußerst fragil sind, ist das keine Option ohne erhebliches Risiko.
Die Herculaneum-Papyri befinden sich heute überwiegend in der Nationalbibliothek von Neapel. Jeder Transport birgt für die extrem fragilen Fragmente ein erhebliches Beschädigungsrisiko – weshalb zerstörungsfreie Vor-Ort-Methoden für die Forschung so entscheidend sind.
Gepulste Thermografie als Lösung
Das bedeutende Projekt wird von Forschern des Institute of Heritage Science geleitet, das zum Nationalen Forschungsrat Italiens (CNR) gehört. Ziel ist es, zerstörungsfreie Methoden zur Untersuchung und Erhaltung der einzigen erhaltenen Bibliothek der antiken griechisch-römischen Welt zu entwickeln.
Der gewählte Ansatz ist die gepulste Thermografie - ein Verfahren, das in der industriellen zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) längst etabliert ist, hier aber auf ein ungewöhnliches Prüfobjekt trifft. Kern der Untersuchungen ist die gepulste Thermografie, bei der die Schriftrollen mit kurzen Lichtimpulsen angeregt und die resultierenden Temperaturverläufe mit Infrarotkameras der Flir X-Serie aufgezeichnet werden.
Das Messprinzip ist elegant: Da Tinte und Papyrus die Anregung unterschiedlich absorbieren, lassen sich zuvor unsichtbare Schriftzüge sowie innere Strukturen sichtbar machen. Oberflächeninschriften werden fast unmittelbar in den ersten Infrarotbildern nach der Anregung sichtbar, weil die Tinte Licht anders absorbiert als das umgebende Papyrusmaterial. Während sich die Wärme in den folgenden Sekunden durch die Probe ausbreitet, treten tiefere Strukturdetails und verborgene Merkmale hervor. Dieses zeitabhängige thermische Verhalten ermöglicht es den Forschern, Schrift von Substratmaterial zu unterscheiden.
Die Technik im Detail: Flir X6800sc und Lock-in-Eingang
Im Zentrum des Versuchsaufbaus steht die Flir X-Serie. Mithilfe der gepulsten Thermografie, die den schnellen analogen Lock-in-Eingangsport mit 2,775 MHz nutzt, über den die fortschrittlichen Wärmebildkameras von Flir verfügen, können Wissenschaftler Schriftzüge sichtbar machen, die zuvor mit bloßem Auge nicht erkennbar waren.
Die Studie, veröffentlicht in Scientific Reports (Ceccarelli et al., SciRep 15, 34466, 2025), nennt konkrete Messparameter: Die Forscher setzten eine Flir X6800sc-Kamera im mittleren Infrarotbereich (MWIR, 3,5-5 µm) mit einem gekühlten InSb-Detektor, 640 × 512 Pixel und einer Bildrate von 520 Hz ein.[1] Die Probenerwärmung durch zwei Blitzlampen mit einer Maximalleistung von je 3 kW betrug dabei lediglich 2-3 °C - schonend genug für das fragile Material.[1]
So werden geringe Temperaturdifferenzen zwischen beschriebenen und unbeschriebenen Bereichen erkannt, ohne das Material zu schädigen. Die kontinuierliche, verlustfreie Datenaufzeichnung und Auswertung mit Flir Research Studio liefert zudem Informationen zu Faserverlauf, Schichtaufbau und Haftstellen.
Mehr als Textlesung: Strukturanalyse für Restauratoren
Der Mehrwert der Methode geht über das bloße Entziffern von Schriftzeichen hinaus. Die Thermografiedaten liefern nicht nur Informationen über verborgene Texte. Auch Faserverläufe, Schichtungen und mögliche Ablösungen des Materials werden sichtbar. Restauratoren erhalten damit zusätzliche Hinweise auf den Erhaltungszustand der Manuskripte und können geeignete Konservierungsmaßnahmen gezielt planen.
Das ist für die Praxis entscheidend: Ein Restaurator, der weiß, wo sich Schichtablösungen befinden, kann gezielter eingreifen - und vermeidet Schäden, die durch blindes Vorgehen entstehen würden.
Grenzen der Methode - und der nächste Schritt
Das CNR-Team ist transparent über die verbleibenden Herausforderungen. Eine der verbleibenden Herausforderungen besteht darin, Texte auf der Rückseite der Papyri oder in stark geschichteten Bereichen zu identifizieren, in die nur begrenzt Anregungslicht eindringen kann. Zwar lassen sich thermische Informationen aus tieferen Schichten grundsätzlich erfassen, doch werden die Signale mit zunehmender Tiefe schwächer und unschärfer, da sich die Wärme im Material verteilt.
Die Antwort auf diese Einschränkung liegt in der Kombination mit KI. Um diese Einschränkungen zu überwinden, untersucht das CNR-Team derzeit KI-basierte Auswertungsverfahren. KI-gestützte Analysen könnten die Unterscheidung zwischen Tinte und Papyrussubstrat weiter verbessern, die Lesbarkeit erhöhen und die zukünftige Interpretation der Texte unterstützen.
Unabhängig von den weiteren Entwicklungen ist das Forschungsteam überzeugt, dass die gepulste Thermografie künftig eine immer wichtigere ergänzende Rolle neben anderen fortschrittlichen Methoden der Kulturerbeforschung spielen wird.
Was das für die industrielle ZfP bedeutet
Der Transfer ist direkt: Gepulste Thermografie ist in der Industrie kein Exot. ZfP-Methoden wie die Thermografie erlauben es, bei der Entwicklung von Produkten und in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen Kosten zu sparen und die Produktivität zu steigern. Ob Schichtverbindungen in der Luft- und Raumfahrt, Schweißnähte im Anlagenbau oder Faserverbundwerkstoffe im Automobilbau - das Grundprinzip ist dasselbe.
Was das Herculaneum-Projekt demonstriert, ist die Leistungsfähigkeit der Methode unter extremen Bedingungen: minimaler Kontrast, maximale Fragilität des Prüfobjekts, keine Möglichkeit zur Wiederholung bei Beschädigung. Wenn gepulste Thermografie hier valide Ergebnisse liefert, unterstreicht das die Robustheit des Verfahrens auch für anspruchsvolle industrielle Prüfaufgaben.
Die Verbindung von Hochgeschwindigkeits-Infrarotbildgebung, Lock-in-Technik und KI-gestützter Auswertung - das ist kein Zukunftsszenario. Es ist der aktuelle Stand der Technik, angewendet auf ein 2.000 Jahre altes Problem.
Was ist gepulste Thermografie?
Bei der gepulsten Thermografie wird ein Prüfobjekt mit einem kurzen Lichtimpuls angeregt. Eine Hochgeschwindigkeits-Infrarotkamera zeichnet anschließend die zeitliche Entwicklung der Temperaturverteilung auf. Da verschiedene Materialien Wärme unterschiedlich schnell leiten und absorbieren, lassen sich Strukturen und Defekte sichtbar machen, die im sichtbaren Spektrum unsichtbar bleiben.
Warum sind die Herculaneum-Papyri so schwer zu lesen?
Sowohl das verkohlte Papyrussubstrat als auch die antike Tinte sind schwarz. Herkömmliche optische Bildgebung liefert daher kaum Kontrast. Röntgenverfahren wären möglich, erfordern aber den Transport der extrem fragilen Fragmente in spezialisierte Labore – ein erhebliches Risiko.
Welche Kamera setzt das CNR-Team ein?
Das Forschungsteam nutzt Kameras der Flir X-Serie, konkret die Flir X6800sc. Sie arbeitet im mittleren Infrarotbereich (MWIR, 3,5–5 µm) mit einem gekühlten InSb-Detektor und erreicht bei voller Auflösung (640 × 512 Pixel) eine Bildrate von 520 Hz. Der schnelle analoge Lock-in-Eingang mit 2,775 MHz ermöglicht hochauflösende thermische Analysen.
Welche industriellen Anwendungen nutzen dasselbe Verfahren?
Gepulste Thermografie wird in der Luft- und Raumfahrt zur Prüfung von CFK-Bauteilen, im Anlagenbau zur Inspektion von Schweißnähten und Schichtverbindungen sowie in der Elektronikindustrie zur Qualitätskontrolle eingesetzt. Das Grundprinzip – kontrastlose Strukturen durch zeitaufgelöste Wärmediffusion sichtbar machen – ist in allen Fällen identisch.
