Name: 【TED-Ed】美しい雪結晶の科学的な秘密とは？
Uploaded: 2018-02-10T22:00:00.000Z
Duration: 4 min 30 s

If you ever find yourself gazing at falling snow, why not catch a few snowflakes on your glove and examine their shapes?

降る雪を見つめていることがあったら、手袋で雪片を捕まえて、形をしっかりと見たらどうでしょう？

仮定法

You might notice that they look symmetrical, and if you look closely, you'll see they have six sides.

左右対称であることに気づくかもしれませんし、もっと近づいて見たら、６片あるのが分かります。

You could say a snowflake is simply frozen water, but compare one with an ice cube from the freezer, and you'll realize they're very different things.

雪片はただ、凍った水だと言うこともできますが、 冷凍庫から出した氷と比べると、その２つは全然違うと気づくでしょう。

Unlike ice cubes, formed when liquid freezes into a solid, snowflakes form when water vapor turns straight into ice. But that still doesn't explain why snowflakes have six sides.

液体が固体になる時に形作られる氷と違って、 雪片は水蒸気がすぐに氷に変わる時にできます。しかし、それはなぜ雪片が６片あるのかという説明にはなりません。

To understand that, we need to delve deeper into the physics of water.

理解するには、 水の物理学に深く理解する必要があります。

Water is made out of two hydrogen atoms and one oxygen atom. A single water molecule thus has ten protons and ten electrons, eight from oxygen and one from each hydrogen atom.

水は２つの水素と１つの酸素から構成され、 水分子1個には10個の陽子と10個の電子があり、そのうち8個は酸素から、1個は水素原子から供給されます。

The two electrons from oxygen's outer shell are shared with two electrons from both hydrogens as they bond together, and the remaining four outer shell electrons from oxygen form two pairs.

酸素の外殻の2つの電子は、両方の水素の2つの電子と共有して結合し、酸素の残りの4つの外殻電子は2つのペアを形成します。

We call the bonds between these atoms covalent bonds.

元素間のこの結びつきを共有結合と呼びます。

The pairs of electrons are all negatively charged.

電子のペアはすべて負電荷を帯びています。

Similar charges repel, so they tend to stay as far away from each other as possible.

似たような電荷は反発するので、できる限り離れようとする傾向があます。

The pairs form four electron clouds, two of which are where the hydrogen and oxygen share electrons.

これらのペアは4つの電子雲を形成し、そのうちの2つは水素と酸素が電子を共有する場所です。

The repulsion between the unbonded pairs is even stronger than repulsion between the shared pairs, so the two hydrogens get pushed a little further to an angle of 104.5 degrees.

結合していないペアの間の反発は、共有ペアの間の反発よりもさらに強いので、2つの水素はもう少し押し込まれて104.5度の角度になります。

The water molecule as a whole is electrically neutral, but oxygen gets a larger share of electrons, making it slightly negative and the hydrogens slightly positive.

水分子は全体としては電気的に中性ですが、酸素は電子の割合が多く、ややマイナス、水素はややプラスになります。

Due to its negative charge, the oxygen in one molecule is attracted to the positive charge of the hydrogen in another molecule, and so a weak bond between the two molecules, called a hydrogen bond, is formed.

ある分子の酸素は、その負の電荷により、別の分子の水素の正の電荷に引き付けられるため、2つの分子の間に水素結合と呼ばれる弱い結合が形成されます。

When water freezes, this bonding occurs on repeat, ultimately forming a hexagonal structure due to the angle between hydrogens and oxygen within each molecule.

水が氷るとき、この結びつきが反復して起こり、 それぞれの分子内での水素と酸素の角度によって、最終的に六角形を形成します。

This is the seed of a snowflake, and it retains a hexagonal shape as it grows.

これが雪片の種で、成長しながら六角形の形を保ちます。

As the snowflake moves through the air, water vapor molecules stick to the six sharp edges and expand the snowflake outwards, bit by bit.

雪片が空気中を動くにつれて、 水蒸気の分子が６つの鋭利な端にひっついて、雪片を外側へ広げていきます。少しずつ。

A snowflake's developing shape depends on atmospheric conditions, like humidity and temperature.

雪片が形を作っていくのは、湿度や天気のように大気条件によるものです。

As a snowflake falls, changes in weather conditions can affect how it grows, and even small differences in the paths two snowflakes take will differentiate their shapes.

雪片が落ちるにつれて、 天候の変化がどのように成長するかに影響します。そしてその過程で、たとえ２つの雪片の違いはどんな少ないでも異なる形を作り出します。

However, since conditions at the six sharp edges of one snowflake are similar, a symmetric snowflake can grow.

しかしながら、１つの雪片の６つの鋭利な端の状態は似ているので、左右対称的な雪片ができます。

Weather conditions affect snow on the ground, as well.

天候は地面の雪にも影響します。

Warmer ground temperatures produce a wetter snow that is easier to pack because liquid water molecules help snowflakes stick to each other.

地上の温度が高くなると、より湿った雪になります。これは、液体の水の分子が雪片同士をくっつけるのに役立つからです。

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

溶けた雪は冬の活動、スキーで重要な役割を果たします。

Completely dry snow is very difficult to ski on, because there's too much friction between the jagged snowflakes and the ski surface.

完全に乾いた雪はスキーをするには難しいです。鋭い雪片とスキー板の表面で起こる摩擦が多いからです。

So what's happening is that as skis move, they rub the surface of the snow and warm it up, creating a thin layer of water, which helps them slide along.

何が起こっているのかというと、スキー板が動くにつれて、 雪の表面をこすり、温めて、水の薄い膜を作ります。それで滑りやすくなります。

So technically,  it's not really snow skiing, but water skiing.

だから本当は雪でスキーするではなく、水でスキーするなのです。

But it is true that no matter how hard you look, you're almost definitely not going to find two identical snowflakes, and that's a mystery that scientists are still trying to solve,

しかしどれだけ頑張ったとしても、 ２つの全く同一の雪片を見つけることはほぼ不可能です。それは科学者が解決しようとしているミステリーでもあります。

though we know that it has to do with the many possible branching points in snowflake formation, and the differences in temperature and humidity, and while we wait for the answer, we can enjoy watching these tiny fractals falling from the sky.

しかし、雪片の形成には多くの分岐点があり、温度や湿度の違いが関係していることがわかっています。その答えを待つ間、私たちは空から降ってくる小さなフラクタルを楽しむことができるのでしょう。