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伯希和一行到达时即发现绿洲北部有一些村庄遗迹，大部分村庄都有类似堡垒的建筑。在漫长的历史中，敦煌经常成为来自哈密、于阗和南山游牧部落的侵袭目标。“农庄周围建有高墙，四角有高大的塔楼，守望着广阔的村落。居民和牲畜可以躲在里面，抵御外界侵袭。当地人和部分财产得到了保护，但最完善的灌溉系统却没有任何屏障，很多水渠遭到破坏，无法使用，导致盐碱地面积进一步扩大。”[8]在绿洲腹地，有一个形似月牙的湖，湖南岸陡峭的悬崖上雕刻着汉人口中提到的千佛洞，维吾尔人称之为明屋。2月25日，伯希和在千佛洞与努埃特及瓦扬会合，他们已在伯希和之前先行抵达。
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古河床已经干涸，岸边悬崖上雕凿着数百个佛窟，窟内绘有壁画，座台上刻有佛像，这就是千佛洞，距离敦煌城东南约十五公里。古时的僧侣不住在佛窟中，而是住在修建于干涸河床上的露天寺院里。大部分佛窟壁画都是5—11世纪的作品。壁画中数以千计的注释对壁画进行了解释，并注明了年代。我们借此可以研究佛教艺术在中国西部最辉煌的一段发展史。魏、唐时期的佛教艺术，在别处只能见到浮雕和造像，这里却有一系列体现其发展过程的板绘。[9]
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这里的洞窟完好无损，和丝绸之路上其他地方，例如乌什—买拉万和库车的洞窟不同。瓦扬记述道：“穆斯林从未到过这里，虔诚的佛教徒在这片四十多米高的山崖上开凿佛窟，窟内壁画未遭到破坏。”
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直到当时，还没有人对这些石窟进行过“认真”研究，包括先前来过的斯坦因。伯希和马上开始工作，瓦扬负责绘制地图，努埃特拍摄照片。伯希和给洞窟编了号，共有182个值得研究。随后，伯希和列出清单，对千佛洞进行系统性研究。洞窟中的造像、壁画、浮雕和装饰图案令人叹为观止，但这些并不是伯希和最关注的，最让他着迷的是阅读洞窟墙壁和石碑上的文字。
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伯希和的笔记中夹杂着法文和汉文，抄录了负责各个洞窟的僧侣和施主的名字。这里和阿富汗兴都库什山脉的巴米扬一样，出资修缮、装饰和修整石窟的人通常是一些游客。有时候，这些有头有脸的来访者希望僧侣为其祈福，获得他们的庇佑。和在库车一样，僧侣们也会把自己的名字写在墙壁上。僧侣效仿施主，名字用汉文书写，但也有用蒙文、藏文、回鹘文甚至印度原始文字婆罗米文书写的。亚洲各族人都到过敦煌千佛洞，有的甚至在千佛洞驻留。巴米扬同样也迎接过来自印度、波斯和中国的访客。例如当年的玄奘，他在巴米扬一定不会有背井离乡的感觉。伯希和初步列出清单后，更加坚定了自己的判断。他精通古汉语，这是他胜过捷足先登者的决定性因素。他虽不是第一个考察千佛洞的人，却是到那时为止唯一一个读懂千佛洞文字的外国人。正如他在写给埃米尔·塞纳尔的信中所说：
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我认为，我大概可以为一大批佛窟断代。几乎每个洞窟都由一个家族前后几代人传承维护，或归于一个类似宗教社团的组织集体管理。在施主（梵文为danapati）名字旁边，还有对窟主更详细的记述。因此，如果题记中提到的人物足够有名，我们就可以由此精确地推断出壁画的年代。其中一个洞窟的主要出资人是一个叫做议金（姓氏已丢失）的人，此人当过统辖敦煌、哈密、吐鲁番、金满（靠近吉木萨尔）和楼兰（位于罗布泊以南）的地方首领。通过对比该洞窟的文字，可以确定这个人物的姓氏，他就是曹议金，一个在中国历史上建立过地方政权的人物。10世纪初，曹氏取代张氏，在敦煌确立统治地位。还是通过壁上的文字，我们了解到曹议金的一个外甥女是北方回鹘圣天可汗的小女儿。同时我们可以判定，洞窟墙壁上的装饰属于10世纪前二十五年的作品，此外还发现了体现敦煌汉族人和回鹘人关系的信息。这些洞窟一再向我们显示，甘州汉族人和回鹘人相互通婚，于阗统治贵族也和汉族人通婚，于阗统治者还因此获得了意想不到的封号。依然是通过释文，我们了解到一位于阗国王的女儿嫁给了曹议金的孙子、第二代继承者曹延禄。诸多信息都很确凿，因为曹延禄和父亲曹元忠及祖父曹议金都是我们熟知的中国历史人物。然而，墙壁上所有文字都未提及吐蕃。个别石碑虽提到拉萨的赞普（8世纪末在敦煌实施统治），但施主们似乎并不喜欢强调对西藏将近一个世纪的依附时期。[10]
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塞纳尔应该感到高兴，因为他希望伯希和考察队有“独到的发现”，而伯希和的来信正好为他提供了说辞。诚然，敦煌是伯希和从法国出发前就希望考察的地点之一，虽然他当时对敦煌藏经洞还一无所知。邦宁1899年到过敦煌，但停留时间很短。另外，他也不比斯坦因强，因为他们两人都不是汉学家。只有像伯希和这样的汉学家才有能力抄录和利用题记、涂鸦来增加对敦煌古迹的了解。在敦煌，几乎所有书写用的都是汉文，这一文字占据绝对统治地位。伯希和证实了这一情况：
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也有藏文、回鹘文、用常用字母书写的蒙文和一点婆罗米文，但这些附带性的题记只记录了诸如村民在洞中烧香拜佛的经历，参考价值很小。所有重要内容都是用汉文写的。[11]
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我们可以料想到，斯坦因返回欧洲后可以随心所欲地信口开河，尽管他什么都没看懂，因为只有写这些文字的作者知道自己在说什么！2月底，伯希和再次研究了第一组洞窟。1号洞窟在1814年用现代工艺翻修过。墙壁上的图案已残破不堪，但仍可看到顶部的佛和菩萨。女供养人的题字在洞口上方。6号洞窟的壁画保存完好，造像也基本完整。我们还可以看到男女供养人的面部画像，他们的生平已经和敦煌石窟的历史融为一体。8号洞窟顶部绘有上千佛像，廊道内立着很多菩萨整身造像。9号洞窟里挂着很多藏式还愿牌。10号洞窟内有一个石座，上面树着一方黑色大理石碑。15号洞窟内有严重的烟熏痕迹，壁上覆盖着炭黑，以前是用木炭取暖做饭的地方。伯希和进入16号洞窟，在本子上潦草地记录道：
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洞窟风格普通，内有一尊大型坐佛，雕刻于洪积层悬崖上，表面涂有柴泥。洞内装饰和佛像均年代久远，不像南边洞窟中与之类似的造像那样，修葺后十分丑陋。壁上绘有两个菩萨，尺寸较大，高度大致相当于佛像一半。入洞廊道左壁用新近的支柱支撑着，供养人画像和题记后面可能还有支柱。廊道右壁上有女供养人画像残片和浮雕题记，我辨认出了几个汉字。
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廊道两侧高处各有一个大型壁龛，内有佛像。可惜我没有梯子，没办法爬上去，况且这些佛像看起来似乎也没有什么价值。大型佛像左手平放于膝盖上，掌心朝下；右手抬起，手指张开，掌心朝前，与北边洞窟内大型佛像的手势不同。我在洞口左边墙壁上发现了主要供养人的题记浮雕，尚可辨认出几个字。可能还有其他题记，应该试着找找。[12]
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这些生动的记载是紧锣密鼓的考察工作的成果。千佛洞石窟数量众多，内容极其丰富，考察工作容不得半点拖沓。另外，并非所有洞窟都值得研究，例如伯希和对17号洞窟只写了寥寥几笔：“洞很小，没什么意思。”还有16号石窟：“洞很小，常见的风格，没什么。”以及160号洞窟：“洞很小，古代风格。”而163号洞窟却激起了伯希和的兴趣：
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这是藏有经卷的洞窟，1900年重修。
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廊道右边是藏有书卷、带有小型藏文铭文和指示牌（有必要拍照）的洞窟。藏文铭文是那些读过藏文写本的人（如蒙古王子）留下的。
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廊道左边是记载1900年重修和发现写本及铜造像的现代木碑，还有一座851年的碑，两碑都镶在墙里。
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洞窟中的造像整修过，肚脐里嵌有小块玻璃。另外还有五尊木质古代造像，应该想办法获得。
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地面以上有两层：
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第一层是刚刚粉刷过的七佛造像……
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第二层是一些近期的佛造像。
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大型菩萨造像廊道：唯一雕有千佛的洞窟。佛像面部呈紫褐色，背景为绿色，工艺精湛，属于常见风格所属时代末期作品。[13]
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可惜藏经洞上了锁。一名僧人诚惶诚恐地向伯希和解释说，发现藏经洞的王道士受甘肃兰州官府委托担当看守人，但他现在不在。这样的话，自然也就进不去了。王道士去哪了？也许在敦煌。伯希和只好返回敦煌，在那里找到了王道士。他是一个身材矮小的汉人，穿着道袍，头上戴着一顶道冠，下巴上留着小胡子，笑容可掬，模样谦恭。他对伯希和说，是神灵托梦给他，他才发现了藏经洞。实际上，藏经洞1900年被发现纯属偶然。
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当初，王圆箓主动承担起修缮通向佛造像和施主画像的廊道的任务。他在一座封在墙里的石碑后面发现藏经洞，还发现里面的写本、彩绘、素描、幡旗和一批小型铜造像。很多卷子被当做礼物送给甘肃官员。一些朝圣的蒙古人前来查阅大部头藏文写本。后来兰州官府得知这一消息，但发现洞窟中既没有黄金也没有白银时，很快便对藏经洞失去了兴趣。
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伯希和传
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