20２１年度日本郵便年賀寄付金配分「中間山地における自然環境を生かした青少年のための科学教育推進プロジェクト」＜雪の結晶観察会テキスト＞
主催 ：NPO ふくい科学学園（安芸高田支部）

協

力 ：安芸高田市立高宮小学校（対象学年：4 年・5 年・6 年）

開催場所：安芸高田市立高宮小学校理科室
開催期日： 令和４年 １月 日（ ）（天気予報により決定）

屋外で雪の顕微鏡観察をする児童（左上）、 白色光照明による雪の顕微鏡写真（右上）、マルチカラー照明によるボタン雪の顕微鏡写真（左下）、雪の結晶をタブレットに記録する
児童（右下）なまえ

名前１１．はじめに・雪は自然の美の象徴です。ベントレーは南北戦争のころにアメリカで生まれました。彼は雪の結晶の美しさにひかれ、一生かけて雪の顕微鏡写真を撮影し 1931 年、“Snow Crystals”という写真集を出版しました。
・中谷宇吉郎博士（石川県片山津出身）は、ベントレーの本が出版されたよく年にその本を見て、雪の結晶の美しさに感動し、北海道大学で雪の研究を始めました。自然雪の研究は主に十勝岳で行いました。その数年後、中谷宇吉郎博士は世界で初めて人工的に雪の結晶を作ることに成功しました。
・中谷博士の人工雪の研究により、雪の結晶の形が、温度や湿度によってきまることなどが明らかになりました（中谷ダイアグラム）。

雪の結晶の形は大きく分けて約１０種類（角板、扇形、広幅六花、樹枝六花- - - など）ありますが、こまかく見ると２つと同じ形のものはありません。
・石川県、片山津温泉にある「雪の科学館」では、中谷博士の雪の研究を紹介しています。
・北海道や高い山では気温が十分低いので雪の顕微鏡観察が比較的簡単にできます。しかし、北陸地方や中国地方では、観察中に雪がとけてしまい、雪の顕微鏡写真撮影は行われていませんでした。
・私たちは 20 年ぐらい前から、雪に塩を混ぜて（約７：3）マイナス 20 度の低温を作り（便宜上ブラインと呼ぶ）、その上に黒い布やプラスチック板を乗せて冷却し、その表面に雪をとらえて雪の結晶観察を行っています。顕微鏡は通常 20 倍から 40 倍の実体顕微鏡を用います。
・市販の実体顕微鏡は高価（約 2.5 万円）ですので、私たちは手作りで安価にできる

簡易ルーペ顕微鏡とスマホ（またはタブレット）を組み合わせた“雪結晶観察装置”を普及させたいと考えています。
・中谷宇吉郎博士は“雪は天からの手紙”と言いました。これは雪の研究が上空気象と深い関係があることを表したものですが、本心は“雪は天からの贈り物”と言いたかったはずです。実際、博士の随筆の中で「これほど美しい物が、誰にも見られず消えて行くのは本当にもったいない事だ」と述べています。

２．変化する水と、雪ができる仕組み
・水はいろいろな姿に変わります。身の回りの自然の中で、水に関係するものを思い出してみてください。

水（みず）、氷（こおり）、雨(あめ)、雪（ゆき）、雲（くも）、霧（きり）・靄（もや）、露（つゆ）、霜（しも）
雪
1

水氷

雨雲

もや霜

・このように、水はいろいろ姿をかえますが、そこで“水蒸気”という目に見えない水がはたらいていることを知っておいてください。

雲から“雨”や“雪”ができる
大きな粒に成長

雨雲
重くなって落下する
小さな水の粒水蒸気
温度がマイナス 10 度
水蒸気が流れ込む

小さなチリ

以下になると雪
軽いのでゆっくり落下する・太陽が出ているとき、海、川や池、田んぼから水が水蒸気となって上空にどんどん上がって行きます。
この水蒸気が空の上で冷やされて雲になります。雲は小さな水の粒がたくさん集まったものです。
・水が水蒸気になって空気中に逃げていくことは、洗濯物についていた水がなくなり、乾くことからもわかります。
・雲に多くの水蒸気が流れこむと、雲の中の小さい水の粒はどんどん大きく洗たく物の水は水蒸気とななり、重くなって雨粒となって地上に落下していきます。
2って空気にふくまれる

・一方、寒気が来て、雲の温度がマイナス 10 度からマイナス 20 度になると、雲の中で雪の結晶が生まれ、大きさが２～５ｍｍぐらいにまで成長して、地上にゆっくり落下します。
・雪結晶が生まれるきっかけは、空中の小さなチリ（小さな砂や植物のかけらなど）だと言われています。この小さなチリに、水蒸気が集まって小さな雪の種（氷晶）になります。雲の中の多くの水粒はいったん水蒸気となって、どんどん氷晶にくっつき、雪の結晶を大きくします。

３．自然の雪を観察する方法
・北海道では気温が低い（マイナス１０度以下）ので、雪をガラスなどの上でとらえて、顕微鏡の下に運んでも雪はとけません。したがって簡単に顕微鏡観察ができます。しかし、北陸地方や中国地方では雪をとらえても、すぐにとけてしまいます。そこで雪を融かさない工夫が必要です。
① 雪をのせる基板の準備
・ビンの蓋に工作画用紙や、フェルトを丸く切って両面テープで貼り付け、雪結晶をのせる基板とします。
・雪の結晶を顕微鏡で見るとき、背景の色は青色か黒色が適しています。
ビンの蓋に青色画用紙等を貼る② 雪観察容器の準備

・ブラインが長持ちするように、断熱性の高い容器を作ります。そのためにインスタント麺の空容器（たぬき、またはきつねなど）をプチプチで包み、さらにアルミ保温シートでくるみます。容器の上の口から約３ｃｍ下に、マジックインクで線を引きブラインを入れるレベを表示しておきます。
インスタント麺の容器に断熱シートを巻き雪採取（保存）に使用する容器（左）。容器にブラインを入れ、その上に基板（黒のフェルト）（右）をのせ、十分温度が下がったら、フェルトの表面に降ってくる雪を採取する。
（フェルトの雪を払い落して数回観察に使えます）③ブラインを作る
・雪に塩を混ぜて（約７：3）マイナス 20 度の低温ができることは昔からよく知られています。実際、氷に塩を混ぜてアイスクリームを作る体験をした人もあると思います。氷と塩を混ぜた物を”ブライン”と呼びます。
3

・ブラインを作るために、氷(雪)と塩の重さの割合をおおよそ７対３にしてよく混ぜます。たとえば塩を９０グ
ラム

はかり、氷（雪）を２１０グラムはかります（おおざっぱな割合で良いです）。

食塩 100 グラムをはかります

周りの雪を集めて２２０グラムをはかります

・雪と食塩を容器に入れて良くかき混ぜます。乾いた雪の場合は、食塩水を少し加えます。混ぜて全体がねっとりする程度が基板とブラインの熱接触が良くなります。ブラインができたらデジタル温度計でマイナス 20 度を確認します。（注意：雪が積もっていないときは、かき氷を使います）。

ブラインの温度がマイナス 20 度になっていることを確認する

雪と食塩を混ぜてブラインを作る

・プラスチックのスプーンを使ってブラインを雪観察容器に入れます。ブラインのレベルが、雪観察容器の上から３ｃｍぐらいになるまで入れ、ブラインの上に基板を乗せます。

ブラインの上に基板をのせます

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光温度計ではかるとマイナス 10 度ぐらいまで温度が下がっています④ 雪を捕獲する
・雪観察容器全体をアルミホイルでおおい、雪が降っている屋外に持ち出します。
・アルミホイルを取り除いて、雪観察容器に降ってくる雪を捕獲します。

アルミホイルで雪観察容器を覆う

降ってくる雪を雪観察容器で受ける・雪をとらえたら再びアルミホイルで覆って、室内に持って入り、サランラップで覆います。。

サランラップで覆い、輪ゴムをかける

基板の中に入ったボタン雪⑤ 顕微鏡で観察

・雪観察容器を双眼実体顕微鏡の下にセットして観察します。雪観察容器は大きいのでそのまま顕微鏡の台に乗せることができないので、下の写真が示すように顕微鏡のレンズ部分を 180 度回転して使用します。顕微鏡が倒れないように、レンズの反対側に厚い本などを重しにして置いてください。

LED 白色光で基板の雪を明るく照らす

5

顕微鏡で観察したボタン雪100 円ショップで購入できる小型円形 LED‘300 円）にカラーセロファン（4 色）を貼って、マルチカラー照明光源として使用します

マルチカラー照明で雪の顕微鏡観察を行う

・ボタン雪は多くの雪結晶がからんでおり、通常の顕微鏡観察のように白色光で照明する場合、個々の結晶を区別して観察するのは困難です。しかし、私たちが開発した“マルチカラー照明法”を使えば、下の写真が示すよ
うに、おおかたの結晶が区別できます。
・強調しなければならないのは、北陸や中国地方で降る雪は、北海道と異なり、雪は、殆どボタン雪になっていることです。マルチカラー照明によりボタン雪の結晶を観賞することが可能になりました。

ボタン雪の顕微鏡写真：色がわずかに違うので、いろんな形の雪の結晶が混じっていることがよく分かります

赤く色づいているのは“広幅六花”、枝の多い青色の結晶は“樹枝状六花”とよばれています

ぜひ、自然雪の顕微鏡観察に挑戦してください！

４．簡易ル-ぺ顕微鏡で雪を観察し、タブレットで写真撮影
・雪の結晶観察を普及させるには、安価な装置を製作し、それを学校現場などに提供していく必要があります。
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・ふくい科学学園では安価な簡易顕微鏡を、1 個 1000 円程度のルーぺ を用いて試作しました
雪の結晶観察に使う前に、カラー印刷の点点（ドット）などを試料にして、顕微鏡の使い方に慣れてください。

マグネットシート

顕微鏡の台と支柱

・10 倍のルーペと取り付け棒、ルーペには強力ボタン磁石を固定

・ルーペ取り付け棒を固定した木の板にはマグネットシートが貼ってあり、顕微鏡の支柱にはめて上下に動かすことが出来ます。カラー印刷の紙を試料にして、ルーペで観察してください。
・目をうんとルーペに近づけ、見ながらルーペを固定した棒を上下に移動してください。
印刷のドットがはっきり見えるところで止めます。
・タブレット台（またはスマ台：大きなコの字のプラスチックの板）を置いて、タブレットのレンズがほぼルーペレンズのまん中に来るように置きます（右下の写真）

タブレット台タブレットを置きます

雪観察容器のフェルトの上にカラー印刷の紙をおいて印刷のドットを観察

ルーペのレンズが傾いていないか注意してください！
・タブレットの“カメラ”機能をON にするとタブレット画面にルーペの上端の〇とカラー印刷の絵が映し出されます。画面を指でポンポンと軽く叩くと、自動でピントが合い、像がはっきり見えます。、

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拡大機能で顕微鏡像を拡大する

カラー印刷の像が画面に現れる

・このとき、ルーペの上端の〇がタブレット画面の中央から大きくずれている場合は、タブレットを移動してほぼ真ん中に来るように調整してください。最後に、試料が入った容器を動かして微調整します。
・タブレット（またはスマホ）のカメラに“拡大”機能があれば、最大まで（通常 X 4 ）拡大します（右上写真）。
カラー印刷のドット（点点）が鮮明に見えることを確認してください！

＜食塩の結晶観察＞
・雪の結晶を撮影する前に、食塩の結晶を簡易ルーペ顕微鏡で観察してみましょう。

皿の中に青色（または黒色）の紙かプラスチックの板を敷き、その上に食塩をパラパラとまきます

タブレットの画面の食塩の結晶（サイコロのような形）

・食塩の結晶を“マルチカラー照明光源”で照らすと、食塩の結晶が美しく色づきます。

マルチカラー照明光源と 10 倍ルーペを使った簡易顕微鏡

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マルチカラー照明光源で食塩の結晶を観察タブレット台を置いて、タブレットを乗せる

タブレット画面に現れた色づく食塩の結晶＜ボタン雪を観察＞
・雪観察容器にボタン雪をとらえて、簡易ルーペ顕微鏡でのぞき、タブレットで撮影しましょう。

ボタン雪の中の“広幅六花”

雪をマルチカラー照明で照らしタブレットで撮影する

雪の結晶観察に使う実験道具：
15 倍ルーペ顕微鏡

1台

10 倍ルーペ顕微鏡

1台

3 倍ルーペ顕微鏡 3 台

５．花や昆虫の顕微鏡写真を撮影
・雪が降らない、春、夏、秋の季節には、簡易ルーペ顕微鏡とタブレットを組み合わせて、小さな花や昆虫を観察し、顕微鏡写真を撮影しましょう。この場合、ルーペの倍率は 3 倍程度が適当です。
9タブレット台
冬でも咲いている小さな雑草の花を観察、ルーペ目でピントが合ったらタブレット台を置くは 3 倍（ルーペを上下してピントを合わせます）

レンズより、タブレット台が低い場合はスマホ画面に現れた冬の小さな雑草の花適当な厚みの物を入れて調整します
・下は、11 月に撮影した、土クモ、草の芽、ススキの穂

土グモなどの簡易ルーペ顕微鏡写真です。

小さな雑草の芽

ススキの穂

６．おわりに私たちが目で直接見る自然はとても美しい世界です。一方、顕微鏡で見るミクロの世界もまた素晴らしいものです。スマホやタブレットなどの新型機器と簡易ルーペ顕微鏡を組合わせて、雪の結晶、花、昆虫など、顕微鏡写真を沢山撮影してください。
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