202１年度日本郵便年賀寄付金配分事業「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」＜雪の顕微鏡観察ガイドブック（改訂版）＞

融けないように保存した雪をルーペで観察（左上）、通常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雪の顕微鏡写真（左下）、
マルチカラー照明を用い実体顕微鏡で保存した雪を観察する装置（右下）

NPO ふくい科学学園
令和４年

３月

１

＜目次＞
１．はじめに

P.3

２．変化する水と雪ができる仕組み

P.4

３．雪の形

P.5

４．自然の雪の採取と保存

P.5

５．採取した雪結晶を観察

P.8

６．実体顕微鏡の像をスマホ撮影

P.13

７．簡易ルーペ顕微鏡

P.14

８．雪の結晶に色を付ける

P.16

９．雪のレプリカの利用.P.22

１０．人工雪生成実験

P.23

１１．おわりに

P.30
２

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が、雪の結晶の美しさにひかれ、一生をかけて雪の顕微鏡写真を撮影し、1931 年、“snow crystals”という雪の結晶写真集の本を出版しました。
・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。
・吉田六郎は科学映画監督として有名で、中谷宇吉郎と協力して雪の映画を製作しています。また

1 光源 2

色照明法を開発して、青色を背景に美しく色づいた雪の写真を撮影しました。
・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「天からの送られた手紙 」（加賀市雪の科学館出版）（吉田六郎が撮影した雪の写真）が撮影した）
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。
・我々は 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、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、雪の結晶を融かすことなく結晶観察を行っています。顕微鏡は 20 倍から 40 倍の実体顕微鏡を用います。
・我々NPO は最近、雪の結晶を色づけて美しく写真撮影する方法を開発しました（マルチカラー照明法）。この方法で雪を観察すると多くの利点があり、今後、雪の顕微鏡観察が学校現場等に広く普及するきっかけになると考えています。
・中谷宇吉郎は“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学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。
・雪の結晶観察が広く普及することを願って、昨年本ガイドブックを編集しました。年賀助成金寄付金事
業は本年 3 月末で終了しましたので、ここに昨年公表したガイドブッを改めて改訂版として公表します。

３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あげてみます。

水、氷、雨、雪、雲、霧、靄、露、霜、――雲から“雨”や“雪”ができる
大きな水滴に成長

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。雲はごく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。

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、氷晶にくっつき、雪の結晶を大きくしていきます。
４

３．雪の形・雪の結晶ができるとき、“温度”とそのまわりの“水蒸気”の量によって雪の形がきまることが、1930 年代、北海道大学の中谷宇吉郎博士らの研究でわかりました。
・雪の形はいろいろですが大きく分けて約１０種類（角板、扇形、広幅六花、樹枝六花- - - など名前がついています）あ
りますが、こまかくみると２つと同じ形ものはありません。
雪のデザイン

・雪の形は美しく、デザインとしていろんな所で使われます。基本の形は六角形です。この六花系の雪結晶を“角板”と呼んでいます。
北陸や中国地方でもまれに角板型の雪が観察される場合があります。

自然雪の角板結晶（左）、とプラスチック基板の上にできた角板型人工雪（右）４．自然の雪の採取と保存・北海道では気温が低い（マイナス１０度以下）ので、雪をスライドガラスなどの上にとらえて、屋外に置いた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、すぐに融けてしまいます。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
５

② 雪観察容器の準備
・雪が融けずに長持ちするように、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。
・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１００グラムはかり、氷（雪）を２３０グラムはかります（おおざっぱな割合で良いです）。

周りの雪を集めて２３０グラム、塩を１００

ブラインを作る作業は汚れるので玄関先で行います

グラムはかります
氷（雪）と塩の割合が７対３からずれても、温度はマイナス 20 度から大きくはずれないので、大雑把に計っても問題ありません！

６＜注意：雪が積もっていないときはかき氷を使います＞
・“電動氷かき機”に冷蔵庫の氷を入れてシャーベット状に細かくします。電動かき氷機の上の容器に氷を入れて、ふたをかぶせた後、上から押し付けます。するとスイッチが入り、モーターが回転して氷が細かくシャーベット状にけずれて行きます。
氷を入れる

手でおすとモーターが電動かき氷機

回転し氷がけずれる
・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。

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約３ｃｍになるまで入れ、ブラインの上に基板を乗せます。数分経過するとフェルト表面はマイナス 10 度近くまで温度が下がっています。

ブラインの上に基板をのせます
７

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 雪を採取する・雪観察容器全体をアルミホイルで覆い、雪が降っている屋外に持ち出し、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

５．採取した雪結晶を観察する
・雪観察容器に雪をとらえて室内に持ちこんだら、アルミホイルを取り外し、すぐにクッキングラップでおおい、輪ゴムで止めます。紙やフェルトの表面温度はマイナス１０度近くに下がっており、雪は１時間程度融けることはありません。

基板の中に入ったボタン雪

ラップで覆い、輪ゴムをかける・北海道で行われた雪の顕微鏡観察は大部分、屋外の寒い場所で行われましたが、我々の観察は、温かい室内でできるのが特徴です。簡単な装置を使用しながら、画期的な教育効果をもたらすと考えています。

外は寒く、雪が降っている。民宿の。

室内に雪を持ち込み、雪の顕微鏡観察を行っている様子（右側の女性はミャ
ンマーの理科の先生（教員研修生として、以前福井大学に 1 年間在籍）

８

・基板の表面の雪を、まず、虫メガネや、ルーペ（3 倍～１０倍）を使って概略観察します。
良い結晶がある場所をおおよそ頭に入れて、次に顕微鏡を使って観察します。

虫メガネで雪結晶を観察

ルーぺ を用いて雪結晶を観察

・通常の生物実験用の顕微鏡は対物レンズと試料台との距離が狭く、雪の観察で用いる雪観察容器を試料台に乗せることができません。また、一般の顕微鏡の倍率は高すぎ、雪の結晶観察には不向きです。
児童用の顕微鏡が 2000 円程度の価格で販売されていますが、最低倍率が１００倍となっており、雪の結晶観察に応用することはできません。
・雪の結晶観察には双眼実体顕微鏡（倍率：20 倍、40 倍の切り替え）が適しています。
（参考：一般の小学校で実体顕微鏡を整備している学校は少ないと思われます。実体顕微鏡がない場合でも、後ほどこのテキストで説明する“簡易ルーペ顕微鏡”を用いれば雪結晶が観察できます）
・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の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。この場合、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 は熱を放出しないので、雪結晶観察の照明光として適しています。

LED 白色光で基板の雪を明るく照らす

９

顕微鏡で観察したボタン雪・実体顕微鏡では、まず ｘ２（２０倍）を使用してください。結晶が見つかったら、より拡大するために、ｘ４（４０倍）を使って観察します。

古い顕微鏡を用いる
・古い医学・生物学実験用の顕微鏡は廃棄物として扱われています。しかしこのような古い顕微鏡の一部を改良すれば、十分雪の結晶観察に用いることができます。
・右の写真のように古い顕微鏡の試料台の部分を取り外し、さらにヤスリで削って、顕微鏡の対物レンズの下に小カップラーメンの容器が置けるように改良できます。試料の照明には上下左右、自由に動かせるタイプ
古い顕微鏡を改良したの LED を用います。

雪結晶観察装置

きれいな雪結晶と雲粒つき結晶
・雪は上空からゆっくり落下します。形によって落下測度は異なりますが、六花の雪では、１秒間に約３０ｃｍ、１ｍ落下に３秒、１００ｍ落下に３００秒（約５分）、１キロ落下に約５０分かかります。
この時間、空中の気温が十分低くないと、落下中に結晶の形は崩れ、また、空気中の小さな水滴が結晶に付着し凍って雲粒（白い小さな氷の粒）となります。

雲粒のついていない雪結晶（左）と雲粒のついた雪結晶（右）寒波が来ると、最初は上空が荒れ、風も強く、雪は“あられ“や”粉雪“となり、観察の対象になりません。1 日ぐらい経ち、ボタン雪が降るようになってから観察します！

降る雪の量が少ない時の対策
１）大きな雪採取装置で受けたのち、雪観察装置に移す・風がある場合や、降る雪の量が少ない場合、雪観察容器に直接雪をとらえることは難しくなります。雪１０

を捕まえられないまま、長い間冷えた基板を空中にさらすと、空気中の水蒸気が基板について、表面は小さな霜で覆われ、汚くなるのも問題です。これを解決するには、雪を採取する容器と、雪を観察する
容器を別にする方法が考えられます。つまり、大きな雪採取容器の中にブラインを入れ、一斉に沢山の紙（またはフェルト）を冷やしそれらの紙に雪をとらえます。そのあと観察装置に移動させます。
（注意：大型雪採取容器に必要な多量のブラインを作るために、４～５回に分けてブラインを作ります）。
雪

ブラインの入った大型雪採取容器

金属の皿が十分冷えたら蓋を開けて降ってくる雪を集めます
雪が乗った紙をそのままビンの蓋に移動

紙の上の雪を別の基板の上に払い落とす
大型雪採取容器の紙の上に雪を集める

２）積雪表面から雪を拾う方法
・地表の気温が氷点下で十分低いときは、雪の結晶は積雪表面で数時間、形を崩すことなく存在します。しかし、結晶を１個分離して置くと、すぐに結晶の昇華が進み消えてしまいます。雪結晶を集団にすることで、お互いに水蒸気をやり取りすることができ、結晶が安定に存在すると考えられます。
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ピカピカ光る積雪表面の結晶

・明け方、氷点下に気温が下がった状態でわずかでも降雪があると、朝日に照らされ積雪の表面がキラキ
ラ光って見えるときがあります。この場合は、積雪表面に確実にきれいな雪の結晶があります。

①ピンセットや耳かきの毛を使って・冷やしたピンセットを雪結晶に近づけると、静電気によって雪結晶がピンセットに引きつけられます。
そっとピンセットを移動して、観察装置の基板の上に乗せます。耳かきの毛を積雪表面に触れさせ、雪結晶を基板の上で拾い落すこともできます。このような細かい目の作業は若い人に向いています。

③ 冷やした布（フェルト）に付着させる

雪面が粉雪やあられで覆われていると、雪は布に付着しません！

・誰にでもできる簡単な方法は、ブラインの上で十分冷やしたフェルトに雪結晶を付着させる方法です。
上で述べた大型雪採取容器の金属皿の上にフェルト（直径約５ｃｍ）を乗せて冷やし、ピンセットでつまんで積雪表面のピカピカ光る場所に乗せます。少し押し付けて雪を付着させた後、観察装置のブライ
ンの上のビンの蓋にその雪の付着したフェルトを乗せます。

冷やした黒のフェルトを積雪表面に乗せる

美しい樹枝状結晶が付着している

雪結晶の長時間保存
・雪の結晶を 4 時間程度保存できれば、山間部で採取した自然雪結晶を都会の学校に運び、都会の児童
生徒に、生で自然雪の結晶観察を体験させることが可能になります。

雪観察容器にとらえたボタン雪

雪観察容器の上に金属網板を置く

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金属網板の上に新雪のかたまりを置く

全体をラップで囲み、保冷ボックス中で 4 時間保存

・雪結晶の昇華を抑えるために、雪観察容器の上に新雪のかたまりを置き、全体をクッキングラップで囲み、冷凍庫の中、またはブラインを入れた保冷ボックスの中で保存します。

透過型照明で雪結晶を観察
・雪の結晶は本来透明ですから、透過型顕微鏡で観察することができます。そのために下の写真のように大きさの異なるガラスシャーレを組み合わせて小さな雪保存観察装置を作りました。

雪結晶を入
れる

ガラスシャーレを組み合わせて作った透過型観察装置の容器の部分

透過型観察装置の全景（大ガラスシャーレ：直径１０ｃｍ、高さ２ｃｍ、小ガラスシャーレ：直径２ｃｍ、高さ１．８ｃｍ）。
・ブラインは雪約８０グラム、塩約３５グラムを混ぜて作り、飽和食塩水は加えません。雪採取装置でとらえた雪結晶を小さなガラスシャーレの底に入れて顕微鏡観察します。ガラスシャーレと顕微鏡の試料台の間に炭酸ガスを吹き付け、ガラスシャーレの底に霜や露が付かないようにします。
・透過型顕微鏡で観察する雪の結晶の方が、立体感があり、一段と美しく感じられる場合もあります。

６．実体顕微鏡の像をスマホ撮影
・市販の双眼実体顕微鏡は雪の結晶観察に適しています
が、カメラを取り付けるようにできていません。カメラがスマホ撮影ができるように、鏡筒に取り付けた
アタッチメント（黒の板はすべり止めのゴム板）取り付け出来るのは 3 眼式実体顕微鏡と呼ばれ
１３

非常に高価です（１０～15 万円）。
・スマホのカメラレンズを双眼実体顕微鏡に近づけて顕微鏡像を撮影することが原理的には可能です。
しかし、そのためには微妙な調整が必要で、スマホを手で持って調整するのは難しいです。
・顕微鏡の機種にもよりますが、接眼レンズの先端から約１０ｍｍの位置にスマホのレンズを置くこと、
かつ顕微鏡の光軸に対してスマホ本体が垂直に向くように置く必要があります。そこで、前ページ下の写真に示すように、手作りのアタッチメントを接眼レンズに取り付けました。
・左下の写真に示すように、スチロールの板を組合わせ２０ｍｍ程度の厚さとし、その板に穴をあけて、顕微鏡の鏡筒の太さに合った紙パイプを取り付けます。スマホをすべり止め板上で動かし調整します。

スマホ画面に現れた顕微鏡の像（試料はカラー印刷のドット）

スマホ撮影のための手作り
アタッチメント

７．簡易ル-ぺ顕微鏡で雪を観察し、スマホ（又はタブレット）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、学校現場などに提供していく必要があります。
・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
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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。カラー印刷した紙を試料にして、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（またはスマホ台：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
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タブレットを置きます

ルーペのレンズが回転し、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。
、

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。

１５

る・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に見える）(注意)：最近、スマホにレンズ（100 円ショップ販売）を取り付けて、雪の結晶を直接撮写真撮影する活動が行われていますが、我々は、科学教育上、まず裸眼で見た後に写真撮影を行うべきだと考えています。

８．雪の結晶に色を付ける
・雪は透明な物ですが、その形が美しさを感じさせます。しかし、雪の結晶に色を付けられないかという質問を受けることがありました。色がついていると、子どもたちの関心をより引くことができます。
１） 背景に色紙等を使用する方法：
・雪観察に用いるびんの蓋に色紙や色彩豊かな布を敷き、１－２ｍｍ厚の透明プラスチックで覆い、その上に雪の結晶を置きます。

色分けした紙の上に人工雪を生成させた

赤の布の上に自然雪を置いた
１６

２）色分けしたドーナツ状 LED で照明する方法：
・雪の結晶は、完全に平面上に分布しているわけでなく、場所によって結晶面がいろいろな方向にわずかに傾いています。特に、フェルトの上に自然雪をとらえた場合、フェルトの毛の状態によって、個々の雪結晶はいろいろな方向に向きます。
・雪保存容器の上部に円形状（ドーナツ状）LED 光源（オーム電機
DS-L8092-2-W 等、中央の大きな凸レンズは取り外します）を置
き、4 種類の色の異なるセロファンを、赤、黄、緑、青の順序で緑
青色配置します。雪結晶の面の方黄向によって反射する光の色色赤が変わるので結晶が色づいて見えます。
・この照明法を“マルチカラー

色づいた食塩の結晶

マルチカラー照明の装置

照明法”と名付けました。
・蛍光灯では熱が発生するので、不適当です。
・マルチカラー照明法を確かめるためには、本物の雪結晶に代わって“塩の結晶”を使って実験を行うと良いです。上左の写真はマルチカラー照明法で色づいた塩の結晶です。塩の結晶面の向いている方向により強く反射する色が異なるために色づきます。結晶面の向きによっては２つのセロファンの光が共に反射され、２つの色が混じり合った色で輝きます。
・一般的に雪が激しく降っている時の雪結晶の形はあまり綺麗ではありません。一方、朝方にチラチラ
降る雪結晶は美しい物が多い傾向があります。上空の水蒸気が多すぎると雪結晶に雲粒がたくさん付
着し、結晶面は乱れます。また、強風があるときは、殆ど粉雪になっており結晶面がないので、マルチカラー照明の効果が見れません。
・次頁の最初の写真は午前８時ごろチラチラ降る雪結晶の１つを実体顕微鏡で観察したものです。顕微鏡の倍率は４０倍です。綺麗な羊歯状結晶が緑色に輝いています。結晶の大きさは約３ｍｍです。この場合、結晶面の向きがちょうど緑色のセロファンの方向に向いており、結晶が緑色の光を強く反射していると考えられます。
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雪の入った容器を 90 度回転した

マルチカラー照明によるシダ状結晶

この結晶が入っている観察容器を９０度近く回転すると雪結晶の色は黄色となり、場所によっては金色に輝いています。
マルチカラー照明法で撮影した雪結晶の例

角板付き樹枝状六花

シダ状六花

広幅六花

樹枝六花（傾いた枝の色は異なっている）

ボタン雪をマルチカラー照明法で撮影
・ボタン雪は、雪が上空から落下中に、他の雪と接触し、くっ付いて雪結晶の塊になったものです。
結晶が重なり合っているので、通常、ボタン雪は顕微鏡観察の対象になりません。しかし我々が

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いろいろな種類の結晶が重なっている

複数の重なった樹枝六花

・開発したマルチカラー照明法によれば、結晶が重なっていても、各結晶面はお互いに傾いているので、結晶の色の違いで結晶が識別され、十分顕微鏡観察が可能であることが分かりました。、

広幅六花（赤色）とシダ状六花（青色）

多くの樹枝六花やシダ六花が重なっている

・北海道などとは異なり、北陸地方や中国地方で観察される雪は大部分ボタン雪となっています。
マルチカラー照明法によって、ボタン雪の観察を楽しむことができるようになりました。
３）小型円形 LED を使う

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）を貼り、マルチカラー照明光源とする
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マルチカラー照明で雪の顕微鏡観察を行う・雪保存容器の上部に小型円形状（ドーナツ状）LED 光源を置き、4 種類の色の異なるセロファンを、赤、黄、緑、青の順序で配置します。雪結晶の面の方向によって反射する光の色が変わるので結晶が色づいて見えます。
・小型円形 LED と簡易ルーペ顕微鏡を組合わせば、安価なマルチカラー照明の簡易顕微鏡写真撮影装置が できます。実際に雪の結晶写真を撮る前に、食塩の結晶を色づけて撮影しましょう。

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

タブレット台を置いて、スマホを乗せる

タブレット画面に現れた色づく食塩の結晶＜ボタン雪を簡易ルーペ顕微鏡で写真撮影察＞
・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す。

雪をマルチカラー照明で照らしタブレット

ボタン雪の中で色づく“シダ六花”

で撮影する
４）カラーセロファンを貼った 4 本の LED を使う
・最近、100 円ショップでいろいろな LED 光源が販売されています。左下の写真の LED 光源は光源の位置を自由に動かすことができ便利です。この LED4 個にそれぞれ、赤色、黄色、緑色、青色のカラーセロ
ファンを貼り、4 方向に配置すればマルチカラー照明光源が出来上がります。

２０ミニスタンドライト（４SMD）

マルチカラー照明で食塩の結晶を観察しているところ福井市内で観察される雪・山間部に比べると都会の上空の気温は高く、降る雪の殆どは上空から落下中に雲粒が付着して汚れており、顕微鏡観察しても結晶が見つからない。しかしマルチカラー照明法使うと、結晶面が出ている部
分は色づき浮かび上がって観察されます。

粉雪に囲まれた樹枝状結晶は赤色に光っている

結晶面が残っているところのみ青く光っている・雪結晶を色づけて観察することの意義をまとめると

１）雪結晶がより美しく感じられる
２）結晶の凹凸が強調され、微細な構造が鮮明となる
３）ボタン雪のように重なった結晶の中から一部を浮かび上がらせて観察することができる。

２１

９．雪のレプリカの利用
・旭川市科学館では冬季旭川市内で採取した雪の結晶から雪のレプリカを作製し館内で販売しています。
・当地は国内で最も低温となり美しい雪が降る所として有名です。
・雪のレプリカの作り方は、氷点下まで冷やしたスライドガラスの上に雪の結晶を置き、そこに特殊なアクリル樹脂の溶液を垂らします。
溶液が結晶のすき間に入り、薄い膜となり、しばらくすると中の雪は蒸発し、雪の形を記録したアクリルだけが残ります。これを雪のレプリカと言います。
・NPO ふくい科学学園では、旭川市科学館の協力を得て、今回初めて
雪のレプリカの観察をイベントの中に導入したところ、参加者の評価は非常に高いことを確認しました。
学校などに雪の結晶観察を普及させるためにも、雪のレプリカの利用は大変効果的だと思います
・下の写真は、実体顕微鏡（40 倍）を使って雪のレプリカを観察し旭川市科学館から提供し写真に写したものです。

て頂いた雪のレプリカ

角板付き樹枝六花のレプリカ：透過型白色照明（左）、マルチカラー照明（右）・これらの写真が示すように、雪のレプリカにおいても、自然雪と同様に、雪の結晶の美しさと、微細な結晶の構造を十分に表現できています。

２２

＜簡易ルーペ顕微鏡で雪のレプリカを観察する＞

目でピントを合わせる

ル-ぺのレンズの上にスマホレンズを置く

スマホ画面を見ながらレプリカを移動レンズの円が画面の中央に来るように調整

スマホに代わって、iPad で雪のレプリカの写真を撮ることが出来ます！！

１０．人工雪生成実験
・自然雪の顕微鏡観察は理科教育のテーマとして素晴らしいものです。しかし、雪は冬になればいつでも降るとは限らず、予定を立てて授業の中に雪の結晶観察を入れるのは困難です。雪が降ればすぐに結晶観察が実施できるよう、児童生徒に雪の結晶に関心を持たせ、また、雪結晶観察の実験技術を習得させるために、比較的簡単に出来る“人工霜生成実験や”人工雪生成実験“を授業の中で行うことが望ましいと考えます。その意味で本ガイドブックに最後の章として人工雪生成実験を加えました。

＜中谷博士の人工雪の実験＞
・雪の結晶は自然の美の象徴です。雪を人工的に作ることは 1936 年北海道大学の中谷宇吉郎博士（石川県片山津出身）によって世界で初めて行われました。その実験は、マイナス 30℃ 近くの低温室内
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に、長さ 1ｍほどのガラスの 2 重管を置き、ガラス管の下方から対流を用いて水蒸気を上方に送り、ガラス管の上部につるしたウサギの毛に人工雪を作るものでした。つまり、自然界をまねた条件で実験が行われました。
・こ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）。
・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。
・これまで簡単な人工雪生成装置はありませんでした。私たち NPO ふくい科学学園は、かき氷と塩を用いる簡単な装置で人工雪ができることを見出し、教材として利用することを試みています。

うさぎの毛

水
中谷博士が低温室で人工雪を作っているところ
Snow Crystals, U. Nakaya, Harvard Univ. Press. より＜人工霜を作る＞

中谷博士らが用いた人工雪を作る装置

・人工雪の実験を行う前に、人工霜の実験を行うのは教育(Snow Crystals, ハーバード大学出版、1954年) より的に意味があります。
ドライアイスとペットボトルを使う方法（平松方式）
スポイドで
スポイド
水を送る

霜の結晶

ドライアイスの粉

ドライアイスの温度は約マイナス 80 度

木の枝のような霜の結晶
・ペットボトルの中の水蒸気がぶら下げた黒糸の表面に集まり、霜として成長します。
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かき氷と塩を用いる方法（ふくい科学学園方式）

ルーペ（10 倍）

プ ラ ス チ ッ クシ ャ ー レに 取 り 付 けた

水蒸気が金属ネジの表面に集まり

金属ネジをマイナス 20 度に冷やす

樹枝状の霜となる・ブライン（かき氷と塩を混ぜマイナス 20 度を維持）の上にネジを固定したプラスチックシャーレを乗せ、上部から多量の水蒸気を送り人工霜を作り、ルーペや実体顕微鏡で観察できます。

＜人工雪を作る＞
・雪は空気中の水蒸気がマイナス 15℃付近の温度でゆっくり昇華凝結（気体分子が集まって、直接固体（氷）になる）してできるものです。
・雪ができるためには、温度、湿度（水蒸気の量）、核（かく）（結晶の種）の３つの条件が重要です。それを整えれば、人工的に作ることができます。しかし、雪ができる条件はとてもデリケートなので、霜を作るときに比べると、十分注意深くする必要があります。

雪ができるための条件――＞温度

水分子・ 水蒸気の量・ 核（結晶の種）

水蒸気は水分子からなる。

水分子

水分子が集まって雪の結晶となる。
（上空では空気中のチリなどを核にして水分子が集まり、雪結晶ができる）-15 度付近

・シャーベット状にくだいた氷（または積もった雪）と塩を、約 7:3 の割合で混ぜると（これをブラインと言う）、－20℃近くの安定した低温を作ることができ、それが人工雪を作るのに大変適しています。

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室内の温度は２０度以下にしてください！

容器の準備

・ここでは人工雪を作る容器として、１００円ショップで販売しているプラスチック容器（約 400 cc）を使います。容器のまわりに、荷物のクッションに使う、プチプチなどをまきます。こうすることで、断熱性が良くなります。

ふたの穴にあとで綿棒をさす

人工雪生成に使う容器

基板の準備（基板の上に人工雪を作ります）
・今回の人工雪は、青のプラスチック板（約１ｍｍ厚，約 24ｍｍ角に切断）の上に作ります。
・購入したプラスチックの板には表面を保護する薄い紙がはってあります。これをはがすとプラスチック表面は強く帯電（電気をおびること）します。プラスチックの板は帯電した状態で基板の上に置きます。
この静電気が雪の結晶の核を作りやすくします。

人工雪を作る基板とプラス
ックシャーレ・青いプラスチック板とプラスチックシャーレの間にスペーサーとして、黒の工作画用紙を４枚はりあわせて用いました。これは基板の温度をゆっくり下げるためです。
・大型ピンセットでプラスチックシャーレのはしをつまみ、ブラインの上に乗せます。
このとき、ブラインにシャーレが少しめりこむようにピンセットでおしつけます。

青プラスチックの上の紙をはがす

少しめり込むように上からおす
２６・すぐにクッキングラップをかけ、CO2 ガスか N2 ガスを容器の中に流して、中のしめった空気を追い出します（冬季はガス置換する必要はないようです）。

６個の綿棒を上からさしこむ

綿棒をさしこむ穴をあける

・容器の上部にある６個の穴を貫通させるように、クッキングラップの上から穴にクギ、またはとがったピンセットの先をさしこみます。その穴に綿棒をしっかりとさしこみます。綿棒は太い方が上です。
・アルミホイルでおおって、外から熱が入るのをふせぎます。
・数回に分けて、少しずつ水を送り、ゆっくり水蒸気を基板に送ります。
・注射器の先に水滴をのせ（０．５滴、または１滴）、それを綿棒にふれさせます。すると綿棒がすぐ水を吸い取ります。

注射器の針から水滴を与える

注射器を使って水を送る手順の例

１）基板をブラインの上に置いてから、約５分後、各綿棒に０．５滴の水を与える。（アルミホイルかける）
２）さらに５分後、各綿棒に０．５滴の水を与える。（アルミホイルかける）
３）さらに５分後、各綿棒に １滴の水を与える。（アルミホイルかける）
４）さらに５分後、一度、基板表面を顕微鏡で観察する。まだ結晶が小さい場
合は さらに１滴の水を与える。（アルミホイルかける）
・基板をブラインの上においてから約２０分後には雪の結晶は大きさ１ｍｍぐらいになっており、目で直接基板の表面を見ると小さいキラキラ光る物があります。３０分たつと２ｍｍぐらいになり、右下の２７ように、板の表面にたくさんキラキラするものが見えます。

実体顕微鏡に人工雪を作る装置をのせる（左）、基板の表面にできた雪結晶（右）・人工雪は時間とともに大きくなっていきます。星状結晶から、時間がたっと扇形結晶に変わることもあります。

星状（１０分後）

扇形（３０分後）・ブルーのプラスチック板に人工雪を作ると、目で見てより美しく感じられます（左上の矢の長さは１ｍｍ）
・青のプラスチック板の代わりに、黒いプラスチック板（１～２ｍｍの厚さ）を用いても人工雪はできます（プラスチック板はホームセンターで購入できます）。

星状（ほしじょう）

扇形（おおぎがた）

角板（かくばん）黒のプラスチック表面にできたいろいろな形の人工雪・一般に基板の中央付近では対称性の良い雪結晶は殆どみられません。しかし基板の端の方に角板結晶２８が見られ、平均５～６個の角板が観察されます。つづみ型（角柱の結晶の両端に角板が付いている）
ものも高い確率で見られます。

角板（顕微鏡 40 倍）

角板と角板の双晶（顕微鏡 40 倍）

つづみ型（顕微鏡 40 倍）

広幅六花（顕微鏡 40 倍）

御幣形（顕微鏡 40 倍）

樹枝六花（顕微鏡 40 倍）（南極、北極、アラスカなどで見られる結晶）＜角板からさらに結晶を成長させる＞
・基板の表面に角板ができたところで、さらに少し多めの水蒸気を送ると角板の６つの角に別の結晶が
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成長します。

角板（大きさ約２mm）

水蒸気送って 1 分後水蒸気送って 3 分後水蒸気送って 7 分後、（雪印のマークに近い形）

１１．おわりに・雪の顕微鏡観察の普及は我々NPO ふくい科学学園の主要なテーマの１つです。今回、日本郵便年賀寄付金配分事業の中の“青少年の健全育成”部門で採択され、全国的普及への第１歩を踏み出すことが出来ました。心から感謝致します。また事業実施に当たり、福井県内、また広島県安芸高田市の多くの方々のご協力を頂き厚く御礼申し上げます。自然が作る神秘な芸術、“雪の結晶”

を理科教材として積極的に使うことで、豊かな感性を持った科学実験好きの児童・生徒が育つことを期待しています。

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