三星堆遗址的发现可以说是纯属偶然。1929年的一个春天，当地农民燕道诚在宅旁掏水沟时发现一块精美的玉石器，因为它有着浓厚的古蜀地域特色引起世人广泛关注；1933年，华西大学美籍教授葛维汉及其助手林名均首次对三星堆进行发掘，对三星堆半个世纪的发掘研究历程由此拉开；1980年，四川省文物考古研究所、四川省博物馆、四川大学历史系联合对三星堆遗址进行大规模考古发掘，揭露出大片房屋遗址并进行了航拍。
一直到了1986年，三星堆才真正名扬四海。当时考古学家们挖掘出了两个商代大型祭祀坑，而从这两个坑中出土了上千件国宝重器，让整个世界都受到了震惊。英国《独立报》当时是评价三星堆的发现时说“它比有名的中国兵马俑更要非同凡响”。
三星堆古城面积非常之大，这在中国同时期文化中也是十分罕见的。古城的东、西、南三面都被城墙包围着，北边以鸭子河为天然屏障，面积超过了3平方公里。
说起三星堆的遗址文化可以追溯到4800～2800年前，延续时间近2000年。同时，三星堆文化有着鲜明的地域特色。陶器方面，基本都遵循着同一个组合定式——高柄豆、小平底罐和鸟头形把勺；酒杯方面，有很有地方特色的瓶形杯，从外表上来看为喇叭口、细颈项、圆平底，很像今天我国北方地区用来烫酒的陶瓷酒瓶，也与日本人喝清酒用的酒瓶极为相似；玉石器方面，祭天礼日的璧、璋比较多，其中有一个号称“边璋之王”的玉边璋，长达159厘米，厚1.8厘米，宽22厘米，其加工精美，棱角分明，器身上刻有纹饰，这是在国内现有的考古发现中发现的唯一的如此大件精美的玉器。
在三星堆的两个祭祀坑发掘中，还出土了共计80多枚象牙，关于它的来源和作用，一些专家们提出了多种观点和看法。有的认为是通过贸易而来，有的认为在远古四川的生态环境适合大象的生存，因为在当地就发现了大量的半化石状乌木，单体巨大。不过不管它是哪种来源，在当时都是统治者财富的象征。
青铜器也是三星堆里出土较多的文物。一些青铜人头像造型各异，出土时面部均有彩绘，而且在耳垂上穿孔，用以挂戴耳环耳饰。除了这些青铜人头造型，还有形态各异的各种动植物造型，是当时用来祭祀的尊器。其中有一个青铜鸡被誉为是写实主义的杰作。这些出土的文物都和中原文化有着很明显的区别，这表明三星堆文化不仅是古蜀文化的典型代表，也是长江上游的一个古代文明中心，同时也再次有力地证明了中华文明的起源是多元一体的。
在这批文物中有一个集“扶桑”、“建木”、“若木”等多种神树功能于一身的青铜神树，高达3.95米，共分3层，有9枝，每个枝头上立有一鸟，这种鸟于普通鸟不同，它是一种代表太阳的神鸟；一根金杖上刻着精美和神秘的纹饰，两只相向的鸟，两背相对的鱼，并在鱼的头部和鸟的颈部压一只箭状物，同时有充满神秘笑容的人头像，在当时这根金杖用作权杖法杖；还有一个青铜立人像被称为铜像之王，也被人们赞为“面具之王”，据说这是蜀人先祖使用过的青铜纵目面具，长达1.42米；
不管是器身满饰图案的玉边璋，还是与真人头部大小相似的青铜人头像，都是前所未见的。这些发现对于现在的我们了解历史有着重大意义。例如，一些出土的青铜器表明在商周时期，三星堆古蜀国即已有高度发达的青铜文明，有力地驳斥了传统史学关于中原周边文化滞后的谬误；自古以来真伪莫辨的古蜀史传说，因为三星堆的发现而让人们不再怀疑这件事的真实性，三星堆最为繁盛的时期大抵属鱼凫王时期，出土的大量的鸟及鸟形器，其喙部大多如鱼鹰，很可能就是鱼凫的象征或其族徽；象征财富的象牙，以及大量的充当商品流通媒介货币的海贝，都表明了在商周时期，三星堆古蜀国已具有较为强大的综合实力和相对稳定独立的政治地位。
高度发达的青铜器，并有了大型的宗教祭祀场所，这些都是早期国家产生的标志因素，已有研究成果表明，三星堆的三个土堆亦很可能是人工夯筑的祭坛，高度发达的青铜器，并有了大型的宗教祭祀场所，这些都是早期国家产生的标志因素，已有研究成果表明，三星堆的三个土堆亦很可能是人工夯筑的祭坛，三星堆盛行诸神崇拜并以太阳神崇拜为主神崇拜。因此三星堆文物是具有世界影响力的文物，它魅力无限，内涵丰厚，极具吸引力和震撼力，属世界文化遗产的范畴。
一连串的谜题然而，三星堆不仅带给了我们惊喜，也留下了许多未解之谜。例如，古时祭祀坑一般都是五个人一起出现的。如果在三星堆发现的两个坑真的是祭祀用的坑，那么剩下的三个坑去哪了？还有被发现的可能吗？
以前提到过，三星堆古蜀已建立了城市、产生了高度发达的青铜器，并有了大型的宗教祭祀场所，这些都是早期国家产生的标志因素，但出土物中没有可称得上文字的符号。在当时的没有文字的社会环境中，古代蜀族是怎么创造出那样高水平的物质文明的呢？
三星堆里也出土了那个年代蜀人的造型，这些造型大多都是高鼻深目，颧面突出，阔嘴大耳，耳朵上还有穿孔，表情似笑非笑，似怒非怒。面对这些造型诡异的青铜器，人们对此的感觉是“不像蜀人”。因此有人推断三星堆的人有可能来自其他大陆。并且当把三星堆出土的金杖、金面具青铜像等文物和其他大陆的文明进行对照时，竟然有很多地方都是相同的。既然在一万年前，亚洲先民就可以远涉另一块大陆，那么四千年前的三星堆古蜀国有没有可能出现来自南亚乃至欧洲的“老外”呢？另外，三星堆的奇异人物造型，如纵目人面像，很容易就让人联想到古代神话中的“千里眼、顺风耳”形象，这会是天外来客的外形吗？或者这些东西是用于天人相通的器物？或者它们就是天外来客的遗存物？
三星堆出土的玉石器主要堆积在东北角。出土的器物大都变形了或者是残缺不齐。除一部分是由于在填土过程中打夯挤压所致外，有的是被火烧坏，尤其是玉璋和戈，大部分是入坑前就已经损毁了，如有的铜器一侧或一端烧变形呈半熔化状态；有的玉石器被打碎，出土时残断部分位于坑内不同部位，有的甚至分为五处；有的拆为两段而重叠在一起；有的端刃或柄残断了，发掘时将填土进行筛过，也未发现残缺部分。有人推测这可能是当时人们在进行某种活动造成的。那么，为什么人们要将一件件国之重器先破坏再埋掉呢？
根据测定，两个藏物坑也不是同时填埋的一号坑早于二号坑100年左右。可是让人们感到奇怪的是两个坑的距离只有20多米，并且方向大体一致。另外，从这两个坑里出土最多的就是青铜器了，冶炼青铜时必须要用到铅矿。由于自然界中单一的铅矿很少，铅和锌往往是伴生在一起的，冶炼铅常用的矿石也称为铅锌矿。因此在使用了铅的合金中，往往都会发现微量锌的存在。但是对所有的样品进行检测，并分析了三星堆青铜器的成分后，得到的结果是在全部样品中未发现锌的痕迹，微量锌是不存在的。这表明蜀人使用来冶炼青铜的铅矿可能不是通常使用的铅锌矿，而是无锌伴生的铅矿，这与同一时期中原地区冶炼青铜的原料铅矿的产地是不相同的。但这样的铅矿在四川没有被发现，古蜀人如何能得到它？
这些问题都没有得到解决。最关键的问题是三星堆文明为什么会突然从成都平原消失？从三星堆古城布局看，当时的三星堆很像今天的成都，北邻鸭子河，马牧河由西而东贯穿全城，三星堆的古蜀先民“择水而居”的理念成就了它的繁荣也埋下了巨大的隐患，因此有人据此推断三星堆毁于一场大洪水。但是对于这座东方巨城突然消失的原因，专家们认为不会这么简单。
只有当这些谜题都解开时，神秘梦幻的三星堆古蜀国才会再现于世人面前。人们深信伴随着三星堆文物的影响与日俱增以及对三星堆文化研究的深入，谜底终有揭开的一天。
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