とてもおもしろいところに気がつきましたね。動画をよく観察してくれていると感心しました。

　そうですね。よく目にする雪の結晶が成長する動画では、手（手の1本1本が木の枝のような形をしていますので、“枝”と呼ぶことが多いです）がのびていく速さがそれぞれ違っていますね。でも、よく写真で見るようなきれいな天然の結晶では、どの手の長さも同じですし、６本の手の形もよく似たものになっています。これは、動画で観察している雪の結晶は、実験室のなかで人工的につくっているものであることと関係しています。天然の雪の結晶のできかたと、人工の雪の結晶のできかたとをくらべてみると、質問のこたえにたどりつけると思います。

　少しむずかしいお話になりますので、ちかくの大人の方といっしょに読んでください。はじめに、雪の結晶は、結晶の周りの空気中にある水蒸気を原料として、だんだん大きくなっていきます（このQ&AのQ21の回答も、参考にしてください）。これを結晶が成長するといいます。すなわち、雪の結晶の６本の手のさきに水蒸気がどれだけ集まるかによって、手ののびる速さが変わるのです。とうぜん、水蒸気がたくさん集まる手のほうが、よりはやくのびることになりますね。

　では、まず天然の雪の結晶のできかたを考えてみましょう。天然の結晶は、上空の雲の中で空中に浮かんだままで成長します。この結晶は、空中で自由に動きまわることができますので、結晶の手に集まってくる水蒸気の量は、6本の手でまったく同じになるはずですね。したがって、せんぶの手ののびる速さが同じになります。このため、結晶が大きくなったときも、6本の手の長さや形がおなじになるはずですね。

　いっぽう、映像で見ている人工の雪の結晶では、結晶を細い糸などにつるして成長させます。こうしないと、結晶は下に落ちてしまいますので、成長の様子を観察することができません。すなわち、糸につるされた結晶は、天然の結晶のように自由に動き回ることができないのです。このため、６本の手の先に集まってくる水蒸気の量は、手によってどうしても少しずつの違いが出てきてしまうので、ながい手やみじかい手ができてしまうのです。

　このように、人工的につくった雪の結晶と天然の雪の結晶では、すこしだけですができるときのようすがちがいます。これが、結晶の手の長さや形のちがいを生みだしているのです。中谷宇吉郎先生が世界で初めて人工的に雪の結晶を作ることに成功してから、すでに80年以上になります。しかしそれでも、雪の結晶が成長するしくみや形が決まるしくみには、まだ明らかになっていないたくさんの謎が残されています。これからも、雪の結晶に興味を持っていてくださいね。

（回答掲載日:2021年8月31日）

　シャボン玉の膜を凍らせるときれいな氷の結晶ができていく様子を観察することができますね。簡単にできそうですが、じっさいにやってみると、なかなかうまくいきません。じつは、単に普通にシャボン玉を作るだけではなく、いくつかの工夫がされています。

　まず、シャボン膜を作る方法ですが、シャボン玉の膜は球形ですので、少し工夫をして平らな膜を作ります。この平らな膜は、直径１ミリくらいの針金で丸い枠（直径１０センチくらい）を作り、その枠にシャボン膜を張ることで作ることができます。シャボン膜を作る液体は、水に普通の家庭用の食器洗い洗剤をまぜるだけで構いません。この液を平たいお皿に入れて、その中に針金の枠をつけてゆっくり引き上げると、枠の内側に平らなシャボン膜を作ることができます。入れる洗剤の量を変えて、シャボン膜を一番作りやすい洗剤の量を決めてください。

　こうして作ったシャボン膜を、割らないように注意して冷凍庫の中にそっと入れると、膜の中に氷の結晶ができるはずです。しかし、このままではシャボン膜はあっという間に凍ってしまって、結晶のできる様子を見るのはちょっと難しいと思います。そこで、もう一つの工夫が必要になります。それは、洗剤を溶かした水の中に、さらに砂糖を入れてよく溶かします。溶かした砂糖は、水が凍る速さをおさえる作用があります。このため、砂糖の量を増やしていくと、だんだん凍る速さが遅くなり、やがてシャボン膜の中できれいな氷の結晶がゆっくりとできていく様子を観察できるようになります。砂糖の量をいろいろ変えてみて、結晶が一番キレイに見える量を決めてください。

　洗剤の量と砂糖の量をいろいろと変えてみて、結晶のでき方や結晶の大きくなる速さなどの違いを観察してみるのも楽しいですね。また、砂糖ではなくて塩を入れたらどうなるかなど、水に溶かすもので何か違いがでてくるかなども興味深いですね。頑張って、実験を行ってみてください。

（回答掲載日:2021年8月31日）

 　雪の結晶の形は、結晶が生成するときの大気の温度（気温）と水蒸気の量（湿度）によって決まります。雪の結晶は、上空の雲の中で生成されますので、そこでの気温と湿度が形に反映されているのですね。中谷宇吉郎が人工雪の実験をもとに、結晶形と気温・湿度の関係を示したものが良く知られたナカヤ・ダイヤグラム (※画像1) です。

　ご質問にある「場所によって降る雪の形が違うのか」ということですが、異なる場所であっても結晶が生成される雲の中の条件が同じであれば結晶形も同じになりますので、基本的に場所による違いはありません。一方、同じ場所で結晶を観察していても、上空の雲の中の条件は刻々と変化しますので、それに応じて形も変化します。

　中谷宇吉郎は、雪の研究を開始した当初に、北海道の十勝岳で数年の間におよそ３０００枚の雪の結晶の写真を撮影しました。そして、それらをもとに、代表的な雪の結晶の形として約４０種類に分類しました。その後、多くの研究者が世界各地で雪の結晶の観察を継続しましたが、この中谷の分類表にはほとんどすべての結晶形が含まれていたことが明らかになっています。これは、一つの場所であっても長期間にわたって観察を続ければ、ほとんどすべての雪の結晶形を見ることができることを意味しています。この事実も、雪の結晶が降る場所によって形が異なることは無いということを示しています。

　ただし、例えば南極や北極のように、普通は人が住まないような平均気温が極端に低い場所では、そこでの結晶の成長条件に合った結晶形が降りやすいということは起こります。実際に、南極の昭和基地では、日本やアメリカのような中緯度の地域に降る結晶形とは異なる、特別な形の雪結晶が発見されています。その後の研究で、これらは気温が極端に低いときに生成される結晶形であることも明らかになっています。したがって、これも場所による違いというよりも、場所によって結晶の生成条件が異なっていたという方がより正確ということになります。

（回答掲載日:2020年11月1日）

　雪の結晶は、ひとつひとつ形（パターン）が異なっているとよく言われます。とても不思議ですね。これは、雪の結晶がどのようにしてできるのかに関係しています。

　雪の結晶は、上空の雲の中に目に見えないほどの小さな氷の粒である雪の赤ちゃんが生まれることから始まります。この雪の赤ちゃんは、雲の中を落下しながら、周りの水蒸気を吸収して徐々に大きく成長します。そして、雲の下にいる私たちの目に触れる頃には、目に見えるほどの大きさになっているのです。

　この時に、雪の結晶がどんな条件で大きくなったかで結晶の形は違ってくるのです。雲の中を落ちてくる結晶は、ひとつひとつその道筋が異なりますので、結晶ができる条件も結晶ごとに異なるはずですね。

　私たちが目にする結晶は、すでに長い道筋をたどって成長してきたものですので、いろいろなパターンの結晶が観察されるのです。

（回答掲載日:2020年7月31日）