冬のシーズンに見られる雪の結晶。
結晶をよく見ると六角形になっていて、
なぜこのような形状になっているのか
疑問に感じたことはありませんか？
雪の結晶が六角形である理由は、
水の分子が六角形に結合しやすいから。
水の分子とは、水を構成する最も小さい集合体の
ことを指し、1つの分子は約0.38nm（ナノメートル）。
1nmは、1/1,000,000 mm（100万分の1mm）ですから、
水分子は非常に小さいといえます。
詳細な説明は、後ほどわかりやすく説明します。
実は雪には、六角形とは異なる形状をしている
結晶も存在します。
この理由は、水蒸気の量や温度によって、
結晶のでき方が変わってくるからです。
はじめに雪が降るメカニズムを説明してから、
雪の結晶ができる過程について述べていきます。
そもそも雪が降るメカニズムは？
雪が降るメカニズムについて説明します。
雪は雨と同じように、雲から降ってきます。
雲は水滴が集まってできたものだと
思う人がいるかもしれませんが、
実際は氷の粒から成り立っていることが多いのです。
なぜなら上空では気温が低いため、
雲を形成する水滴が簡単に氷へと
変化するためです。
上空を飛ぶ飛行機内で寒く感じるように、
上空の気温は0℃より低いことは珍しくありません。
つまり0℃未満の気温である上空では、
水が氷へと変化しやすい環境だといえます。
このように氷の粒が集まってできたのが雲であり、
上空に浮かんでいます。
氷の粒が上空に浮かぶ理由は、地面から発生する
上昇気流が氷の粒を支えているから。
先ほど説明したように、上空では気温が低くなっています。
地上と上空では気温差があるため、
上昇気流が発生しています。
上昇気流は、地上から上空へ向かって流れる
気流ですので、重量の軽い氷の粒は、
雲として上空に浮かんでいるのです。
しかし氷の粒は、いつまでも上空に
浮かぶことはできません。
氷の粒がお互いにぶつかり、徐々に成長していきます。
成長した氷の粒は大きくなり、重量も重たくなります。
ですから、上昇気流では支えきれないほど重たくなると、
雲から離れて地上に「雪」として降ることになります。
このとき気温が高くなれば、氷の粒が解けて雨になり、
気温が低い場合は氷の状態で地上へと落ちるのです。
雪の結晶が六角形になる理由
雪が降るメカニズムを説明しましたが、
なぜ雪の結晶は六角形になるのでしょうか？
雪の結晶が六角形になる理由は、
水の分子が六角形に結合しやすいから。
詳しく説明すると、氷は水と同じ分子から作られています。
分子は、1つの小さな集合体と考えてください。
分子には形が決まっており、氷（水）の場合は
正四面体になっています。
正四面体の水分子が集まることで、氷の結晶が
形成されています。
正四面体が集まると、私たちの目には
六角形に結合しているように見えます。
このように、私たちが見ている雪の結晶が
六角形である理由は、正四面体の水分子が
六角形に結びついているからなのです。
雪の結晶は六角形を基本として、枝のように
伸びた形状が見られることがあります。
この枝状が見られる理由は、六角形の角が
成長しやすいから。
分子レベルの小さい単位で考えると、六角形の角は
水蒸気がくっつきやすく、枝状に
成長しやすいことが知られています。
このように六角形の氷の粒が、まわりの水蒸気を
くっつけながら枝状に成長した結果、
私たちが目にする雪の結晶が出来上がるのです。
豆知識として、六角形とは異なる形状をしている
雪の結晶も存在します。
六角形の角から枝状に伸びる理由は、
水蒸気をくっつけて成長しやすいことでした。
したがって水蒸気の量が変わると、
雪の形も変化することに。
水蒸気量だけでなく、気温が変わることでも
雪の結晶は変わります。
雪の結晶は水蒸気量や気温で変わるため、
形状の種類には35種類も存在しているのです。
研究によっては、121種類に分類できるといった報告も。
代表的な雪の結晶には、次の種類があります。
・針状結晶（針のような形状）
・角柱結晶（六角形の角柱）
・角板結晶（枝状がない六角形）
・樹枝六花（枝状がある六角形）
・十二花（12個の枝状がある六角形）
・槍状結晶（槍のような形状）
・カモメ型結晶（カモメの翼に似た形状）
雪の結晶には様々な種類があるので、
雪が降っているときには、ぜひ観察してみてください。
最後に、雪の結晶を簡単に観察できる方法を紹介します。
衣服や手袋に雪が降ってきたら、手で触らずに見守ります。
雪の結晶は小さく肉眼では観察できませんので、
次の撮影道具を1つ用意しておきましょう。
・ルーペ
・スマホ
スマホで撮影して観察する場合、
マクロレンズの購入がオススメです。
マクロレンズとは、撮影したいものを
拡大できる撮影用のアイテム。
マクロレンズは100円ショップで売っていますので、
手軽に入手できます。
まとめ
雪が降るメカニズムから、結晶が六角形を
している理由、実際に観察する方法まで説明しました。
雪の結晶が六角形になる理由は、水の分子が
六角形に結合しやすいからです。
実際に形状を観察してみてはいかがでしょうか？
