雪の結晶を観察し、天からの手紙を読んでみよう

雪の結晶というと、写真（1）のように木の枝を六方に伸ばしたような「樹枝状」を思い浮かべる人が多いのではないでしょうか？実際には、それ以外にもいろいろな形のものがあります。

写真（2）は、枝が出ない整った六角形の「角板」や「角板の付いた樹枝」、「扇形」や小枝がなくすっきり伸びた「星状六花」など。また、写真（3）は、短い鉛筆のように六角形が縦に伸びた「角柱」、細くいちじるしく伸びた「針」、角柱の先に樹枝が広がった「つづみ型」や「砲弾型」です。

写真（4）は、六花のまわりに雲粒がついた「雲粒付き」結晶や、更にたくさんの雲粒がついた「あられ」などがあります。

図（1）は、中谷博士が初めて作成した雪の分類表です。
※中谷博士による分類の後、南極などで見つかった結晶も加えた、新たな分類表も作られています。

雪の結晶は､どうしていろいろな形になるのでしょう？それは、中谷博士が人工雪の実験で、結晶の形と気温・水蒸気量の関係をまとめたダイヤグラムによって明らかになりました。

「中谷ダイヤグラム（図２）」によれば、例えば、樹枝状結晶は－15℃前後で水蒸気が豊富なときにでき、同じ－15℃でも水蒸気が少ないと角板になります。また、気温が－6℃位で水蒸気が多いと針の結晶ができ、角柱は水蒸気量が少なく－3～－10℃か、または－22℃以下でできます。

そして、これを逆に考え、例えば降ってきた結晶の形が針であるなら、「この雪ができた雲は－6℃位だ」などと上空の状態が推定できるようになりました。そこで、中谷博士は「雪は天から送られた手紙である」と表現し、名言となったのです。

更に遡って、雪の誕生を見てみましょう。雪は雲の中で生まれます。雲は「雲粒（小さな水の粒）」の集まりでできており、それが空気中に浮かんだ微細な塵などの「核」になる物質に触れると凍ります。そして、雲の中に氷ができると、氷のまわりから水蒸気（水の分子）が集まってきて成長し、球の形からゴルフボールのような形を経て、六角の短い柱の形の「氷晶」になります。これが雪の赤ちゃんです （図3）。

氷晶はその後、気温によって横に広がりやすかったり（0～－3℃、－10～－22℃）、縦に伸びやすかったり（－3～－10℃、－22℃以下）という違いができ、また、水蒸気が多いと激しく複雑に伸びます。中谷ダイヤグラムの背景には、このような関係があります （図4）。

また、結晶は中心から外側に成長します。そのため、結晶の中心部からは初期の高い位置の気象状態が読み取れ、結晶の周辺部からは、それよりも低い位置の状態を読み取ることができます（図5）。

雪の結晶の読み取り方がわかったところで、ここからのSTEPでは、実際に降ってくる雪の結晶を撮影し、上空の様子を推測してみます。

撮影に向けての準備として、地域によっても異なりますが、いつでも雪を観察できるとは限らないので、あらかじめ天気予報で雪が降りそうな日と時間を確認しておきましょう。

また、必要なものを上の写真を参考に揃えておきましょう。ここでは、スマートフォンのカメラで撮影します。結晶は小さいので拡大して撮るために、100円均一ショップなどで購入できるスマートフォン用のマクロレンズ（10倍程度）と、インターネットなどで購入できるマクロレンズ（60倍程度）のものも準備しました。

布は、結晶をくっきり撮影するため背景として使います。ここでは、手芸用のフェルトを手頃なサイズにカットしたものを使います。

気温が下がり白い雪が降りはじめたら、いよいよ撮影です。雪の中での撮影なので、できるだけ暖かい服装で出かけましょう。

雪の降る中へ出たら、はじめに準備した布を外気で十分冷やします。暖かいままでは雪がすぐに溶けてしまうからです。布が冷えたら、それで雪を受けます。

すかさずマクロレンズをつけたスマートフォンを、雪の結晶から数cmのところで、近づけたり離したりを繰り返し、ピントの合う位置を探ります。画面上に写った結晶が小さい場合は、スマートフォンの画面を拡大し、できるだけ大きく写る方法を探りましょう。

うまくピントが合ったら撮影します。ピントをきちんと合わせるのが難しいときは、ある程度ピントがあったところで連写するのがコツです。

最後の写真は、10倍と60倍のマクロレンズをつけて撮った参考写真です。それぞれ、スマートフォンの画面でも拡大しています。違うものを撮った写真なので正確な比較ではありませんが、60倍の方が大きく写せます。双方の写真とも、結晶ができた後に雲粒がついたことが確認できます。

少し場所や時間を変えて、いろいろな種類の雪の結晶の写真を集めましょう。

雪の結晶の写真が撮れたら、じっくりその形や特徴を観察して、ダイアグラムを参考に上空の状態を推測してみましょう。ここでは、綺麗に撮影された雪の結晶を例に、その結晶が成長した上空を推測してみます。

写真（1）
枝先が鋭く伸びた樹枝状。この結晶が育った上空の状態は、－15℃前後で比較的水蒸気量の多い雲の中と考えられます。ぐんぐんと伸びた枝から、水蒸気を素早く獲得し、成長したことが推測できます。

写真（2）
枝先に角板の付いた樹枝状。この結晶は気温が－15℃前後の比較的水蒸気量の多い雲の中で、樹枝状に成長した後、より低い位置に降下して水蒸気量がやや少ない雲の中で、角板に成長したと考えられます。

写真（3）
中心部分は角板、途中から扇形に成長した結晶。角板のできる温度は－8℃から－22℃前後で、水蒸気は少ない環境です。角板ができた後、六角形の角からもっとも遠い辺の部分は、水蒸気に触れる事が少ないので途中で成長が追いつかず亀裂が入り、枝分かれして扇型になったと考えられます。

写真（4）
六角形が縦に成長した角柱。角柱ができる雲の温度は－4℃～－8℃と、－22℃以下の2つが考えられるので、同時に降った他の結晶などを参考に判断します。水蒸気量が多く、縦の成長が早いと中に空洞（骸晶という）ができますが、この結晶も骸晶があり、水蒸気量の多い雲の中で成長したと考えられます。

写真（5）
角柱の上下の面が、横方向の樹枝状に成長したつづみ型。初期に－22℃以下の雲の中で縦方向に伸びた角柱が、それより下の－15℃前後の比較的水蒸気量の多い雲の中に入り、角柱の上下の面が樹枝状に伸びたと考えられます。

皆さんはどのような手紙を受け取ることができましたか？
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