The science of snowflakes - Maruša Bradač

翻訳: Misaki Sato 校正: Tomoyuki Suzuki

If you ever find yourself gazing at falling snow,

雪が降ってくるのに気づいたら

why not catch a few snowflakes on your glove and examine their shapes?

手袋で受け止めて 雪片の形を観察してみましょう

You might notice that they look symmetrical,

雪の結晶は対称形で

and if you look closely,

更によく見てみると

you'll see they have six sides.

六角形であることに気づきます

You could say a snowflake is simply frozen water,

雪片は単なる凍った水だと 思うかもしれませんが

but compare one with an ice cube from the freezer,

冷凍庫で作った角氷と比べてみると

and you'll realize they're very different things.

かなり異なるものだと分かるでしょう

Unlike ice cubes, formed when liquid freezes into a solid,

液体から固体へと凍った 角氷とは異なり

snowflakes form when water vapor turns straight into ice.

雪片は水蒸気が直接凍ったものです

But that still doesn't explain why snowflakes have six sides.

しかし これでは雪片が 六角形になる理由を説明していません

To understand that,

これを理解するために

we need to delve deeper into the physics of water.

水の物理を詳しく掘り下げてみましょう

Water is made out of two hydrogen atoms and one oxygen atom.

水は水素原子２つと 酸素原子１つでできています

A single water molecule thus has ten protons and ten electrons,

ですから 水の分子１つは酸素から８つ 水素原子から１つずつ

eight from oxygen and one from each hydrogen atom.

陽子10個と 電子10個を含んでいます

The two electrons from oxygen's outer shell

酸素の最外殻にある電子の内２つは

are shared with two electrons from both hydrogens as they bond together,

水素と結合するときに 双方の水素の電子２つと共有され

and the remaining four outer shell electrons from oxygen

酸素の最外殻の残りの４つの電子は

form two pairs.

２組の対を形成します

We call the bonds between these atoms covalent bonds.

このような原子同士の結合を 共有結合と呼びます

The pairs of electrons are all negatively charged.

電子の対は全て負の電荷を帯びています

Similar charges repel,

同じ電荷はお互いに反発し

so they tend to stay as far away from each other as possible.

出来る限り離れようとします

The pairs form four electron clouds,

この対は４つの電子雲を形成し

two of which are where the hydrogen and oxygen share electrons.

その内の２つでは 水素と酸素が電子を共有しています

The repulsion between the unbonded pairs

孤立電子対間の反発は

is even stronger than repulsion between the shared pairs,

共有電子対間の反発よりも強いため

so the two hydrogens get pushed a little further

２つの水素は104.5度の角度で

to an angle of 104.5 degrees.

離されます

The water molecule as a whole is electrically neutral,

水素分子は全体としては 電気的に中性ですが

but oxygen gets a larger share of electrons,

酸素は共有電子をより多く引き付けるため わずかに負電荷を帯び

making it slightly negative and the hydrogens slightly positive.

逆に 水素はわずかに正電荷を帯びています

Due to its negative charge,

この負電荷により

the oxygen in one molecule

分子の中の酸素は

is attracted to the positive charge of the hydrogen in another molecule.

他の分子の水素が持つ 正電荷に引き寄せられます

And so a weak bond between the two molecules,

これで弱い２つの分子間の結合

called a hydrogen bond, is formed.

つまり 水素結合が形成されます

When water freezes, this bonding occurs on repeat,

水が凍るときには この結合が繰り返され

ultimately forming a hexagonal structure

各分子の水素と酸素の間の角度のため

due to the angle between hydrogens and oxygen within each molecule.

最終的には六角形の構造になります

This is the seed of a snowflake,

これが雪片の核となり

and it retains a hexagonal shape as it grows.

六角形の形に成長していきます

As the snowflake moves through the air,

雪片が空中を移動するにつれて

water vapor molecules stick to the six sharp edges

水蒸気の分子が６つの鋭い先端部に付着し

and expand the snowflake outwards, bit by bit.

雪片が少しずつ 外側に向かって広がっていきます

A snowflake's developing shape depends on atmospheric conditions,

雪片が発達していく形は 湿度や気温といった

like humidity and temperature.

大気の条件によって変化します

As a snowflake falls,

雪片が落ちていくにつれて

changes in weather conditions can affect how it grows,

変化していく天候がその成長に影響し

and even small differences in the paths two snowflakes take

雪片が通る些細な道筋の違いによってさえ

will differentiate their shapes.

異なる形になります

However, since conditions at the six sharp edges of one snowflake are similar,

しかし 雪片が持つ ６つの鋭い枝の状態は似ているため

a symmetric snowflake can grow.

雪片は対称形に成長します

Weather conditions affect snow on the ground, as well.

天候条件は降り積もった雪にも影響を与えます

Warmer ground temperatures produce a wetter snow that is easier to pack

地上の温度が高めだと 固まりやすい湿った雪となります

because liquid water molecules help snowflakes stick to each other.

それは液状の水の分子が お互いに付着しやすくなるためです

Melted snow also plays a critical role in another wintry activity, skiing.

雪が溶けることは スキーでも大切な役目を果たします

Completely dry snow is very difficult to ski on

ギザギザした雪片と スキーの表面の間は摩擦が多すぎるため

because there's too much friction between the jagged snowflakes and the ski surface.

完全に乾いた雪を スキーで滑るのは難しいのです

So what's happening is that as skis move,

そこで起こっていることはスキーが動くことで

they rub the surface of the snow and warm it up,

雪の表面を擦って熱を発生させ

creating a thin layer of water, which helps them slide along.

薄い水の層を形成することで 滑ってゆくのです

So technically, it's not really snow skiing,

ですから 技術的には 雪でスキーをするというよりも

but water skiing.

実際はウォータースキーなのです

But it is true that no matter how hard you look,

ところで どれほど一生懸命探しても

you're almost definitely not going to find two identical snowflakes,

同じ雪片を２つとして見つけることは ほとんど不可能という話は本当で

and that's a mystery that scientists are still trying to solve,

雪の形成において 多くの枝分かれする点があり得ることと

though we know that it has to do

温度や湿度に違いがあることが

with the many possible branching points in snowflake formation,

雪片の形に関係することは分かっていても

and the differences in temperature and humidity,

雪の形は科学者が未だに解けない 謎のままです

and while we wait for the answer,

その答えを待つ間に

we can enjoy watching these tiny fractals falling from the sky.

空から降る小さなフラクタルを楽しみましょう