È probabilmente in occasione di uno di questi episodi che viene costruita la fontana monumentale contenente la famosa Niki di Samotracia, statua della Vittoria alata sulla prua della nave (cfr. fotografia e pianta, n. 9): la dedica potrebbe essere dei rodiesi, piuttosto che macedone, tenuto conto che il calcare utilizzato per la prua della nave e il tipo della nave stessa provengono entrambi da Rodi.

Il santuario diviene il rifugio finale dell'ultimo re di Macedonia, Perseo, che si ritira nell'isola dopo la sconfitta di Pidna, nel 168 a.C., e vi viene arrestato dai Romani.

Il fascino dei culti misterici ha suscitato un interesse costante per il sito a partire dal XVII e XVIII secolo.

I primi scavi archeologici si devono alla missione francese Deville e Coquart nel 1866, dopo la scoperta da parte del console francese ad Adrianopoli Champoiseau, nel 1863, della famosa statua della Vittoria, oggi al Louvre.

Segue la missione dell'austriaco A. Conze, che esplora il sito tra il 1873 e il 1876: egli scava il Ptolémaion, la Stoà, fa dei saggi superficiali allo Hieron, all'Arsinoeion e al Témenos.

I suoi lavori sono pubblicati in due ricchi volumi, di eccezionale qualità, per l'epoca. In seguito ad un accordo con il governo turco, gli austriaci condivisero le loro scoperte: così molti frammenti architetturali furono trasferiti al Kunsthistorisches Museum di Vienna, mentre altri erano portati a Gallipoli (Turchia) e poi al Museo archeologico di Istanbul; una parte di questo materiale scomparve durante il trasporto.

Nel 1891 Champoiseau tornò a Samothraki a cercare i bocchi della prua della nave sui quali fu sistemata la Vittoria, al Louvre, e in quell'occasione scoprì il Teatro.

La Scuola francese di Atene e l'Università di Praga (Salač et Chapouthier) scavarono insieme nel periodo 1923-1927 e portarono alla luce l'Anaktoron, poi nel 1938 cominciarono gli scavi dell'Università di New York.

Interrotte dalla guerra, durante la quale il sito soffrì molto dell'occupazione bulgara, le campagne di scavo ripresero nel 1948 e continuano anche oggi. Nel 1956 fu parzialmente rialzato il colonnato della facciata dello Hieron.

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