ここが雪結晶の最初の分かれ道です。 横に広がれば板、縦に伸びれば柱。 決めているのは、基底面と柱面のどちらが速く前進するかという、たった1つの比です。 そしてその比がなぜ温度で3回も入れ替わるのかは、90年経ったいまも未解決です。
操作方法：モデルはドラッグで自由に回転できます（スマートフォンでは1本指でなぞる）。「真上から」ボタンで顕微鏡写真と同じ視点、「真横から」で厚みや層構造が分かる視点になります。スライダーのあるモデルは、形を決めている量そのものを動かせます。
直感に反しますが、速く前進する面ほど、最終的な形から消えます。 速い面は自分自身を削りながら前へ進み、やがて他の面に押し出されて面積を失います。 遅い面が生き残り、大きな面として残ります。
| 速い面 | 伸びる方向 | できる形 | 大きく残る面 |
|---|---|---|---|
| 柱面（プリズム面） | a 軸 | 角板・薄板・樹枝状板 | 基底面 |
| 基底面（ベーサル面） | c 軸 | 角柱・針・鞘・中空柱 | 柱面 |
縦横比を変えると、薄板から針まで連続的に変わります。体積は一定に保っています。
雪の形は、温度に対して次のように変わります。
板（0〜−4 ℃）→ 柱（−4〜−10 ℃）→ 板（−10〜−22 ℃）→ 柱（−22 ℃以下）
−15 ℃付近、過飽和度が高いところが、あの美しい樹枝六花が生まれる領域です。 下の中谷ダイアグラムは、気温と過飽和度から形を読む «地図» です。 クリック／タップで位置を動かせます。
中谷ダイアグラム（模式図）。クリック／タップで気温と過飽和度を選べます。
ダイアグラムの読み方に注意。 上の図は形の «傾向» を示す模式図です。 実際の中谷ダイアグラムは実験条件（水面過飽和／氷面過飽和のどちらで測るか、気圧、成長時間） によって境界の位置が変わります。 また、雲の中の結晶は落下しながら温度と過飽和度の異なる層を通過するので、 1つの点ではなく «経路» を歩きます。1粒の中に板と柱が同居するのはそのためです。
«点ではなく経路を歩く» ことの、いちばん分かりやすい証拠が鼓型です。 柱の領域で育ち始めた結晶が板の領域に移ると、 柱の両端（2つの基底面）に板が付きます。 和楽器の鼓のように、細い胴の両端が広がった形です （英語では capped column、グローバル分類では CP1 鼓状結晶）。 柱の長さは柱状で育った時間を、端の板の大きさは板状で育った時間を、そのまま記録しています。
«柱→板» の経路は一通りではありません。 上の並びのとおり、柱の領域は2つ（−4〜−10 ℃と−22 ℃以下）、板の領域も2つ（0〜−4 ℃と−10〜−22 ℃）あるからです。 結晶が落ちるだけなら、ふつうは気温が上がっていくので −22 ℃以下 → −10〜−22 ℃、あるいは−4〜−10 ℃ → 0〜−4 ℃ という経路になります。 上昇流に持ち上げられたり、雲が水平方向に大きく変わったりすれば、 −6 ℃付近から−15 ℃付近へ、という «冷えていく» 経路もあり得ます。 形から言えるのは «柱の領域から板の領域へ移った» ことまでで、 どの経路だったかは形だけでは決まりません。
両端に付くのは、柱の基底面が2つあるからです。 どちらの端もおおむね同じ温度・過飽和度を経験するので、両端がほぼ対称に育つ例が多く見られます （実際には二枚の板の大きさが異なる非対称な例も観察されます—— 局所的な供給の差や姿勢の影響と考えられ、分類上の別区分があるわけではありません）。 端の板がしばしば非常に薄いのは、第7段階で扱う «縁が鋭くなる不安定性» のためで、 温度が板の領域に入ると、板はごく短時間で薄く広がります。 逆に胴の部分は、柱として育っていたときに角と縁が優先的に伸びるため、 骸晶（中が凹んだ構造）になっていることが多いのも特徴です。
鼓状結晶は、端に何が付いたかで3つに分かれます。 角板が付いた角板鼓（CP1a）、樹枝が付いた樹枝鼓（CP1b）、 そして多重鼓（CP1c）——柱の途中からも板を伸ばしたものです。 多重鼓は温度・過飽和度の履歴が単純でなかったことを示しますが、 板の枚数と温度域の往復回数が一対一に対応するわけではありません。 北陸のように雪雲の温度構造が厚い場所で観察されています。 同じ理屈は砲弾集合にも働きます——板の領域を通れば各砲弾の端に角板が付き、 角板付砲弾集合（CP2c）になります（第10段階）。
鼓型（capped column）。柱の長さと端の板の大きさを別々に動かせます。柱の長さ・板の径は、それぞれの領域での成長速度×滞在時間の積を反映します（時間だけの記録ではありません）。「端が角板」が CP1a 角板鼓、「端が樹枝」が CP1b 樹枝鼓（板の領域で過飽和度も高かった場合）、「多重鼓にする」が CP1c 多重鼓——柱の途中からも板が伸びた形です。
鼓型は «温度計» ではありません。 柱と板が付いていることは温度域をまたいだ証拠になりますが、 何 ℃ から何 ℃ へ動いたかを一意に読み取ることはできません。 落下速度、過飽和度、雲の層の厚さがすべて長さの比に効くためです。 読み取れるのは «順序» と «回数» までです。
鼓が «柱→板» なら、逆の «板→柱» もあります。 CP3 柱状・板状結晶——六花や角板の枝先の角から、針や角柱が生えた結晶です。 六花・角板は −10〜−22℃（板の領域）の住人、 針・角柱・鞘は −4〜−10℃（柱の領域）の住人。 その両方が1粒に同居している場合、 板の領域から柱の領域へ移ったという読みが最も素直です—— ただしこれは一つの解釈で、上昇流による逆順や複数回の行き来もあり得ます。 なお CP3 の観測例は非常に少なく（2012年分類論文）、平均的なサイズは 0.5 mm 程度とされています。 落下すれば気温は上がるので、これも鼓の主経路と同じ、素直な下り道です。
針が出る場所と向きに、この結晶の物理が詰まっています。 出るのは枝先の角——水蒸気がいちばん集まる場所（第8段階の正のフィードバック）。 向きは板に垂直——止まっていた c 軸方向の成長が、柱の領域に入って再開した向きです。 だから真上からは短い点にしか見えず、観察記も «針が短いと目立たない。斜めから注意深く見ると、板に対して立っているのが分かる» と書いています。 どちらの面に出るかは芽ができた面しだいで、 片側か両側かの統計は確認できていません——立体樹枝（第10段階）とまったく同じ整理です。
もうひとつの型が巻込骸晶（CP3c・CP3f）。 針ではなく、枝や板の縁から薄い壁（柱面）が垂直に立ち上がったものです。 縁だけが伸びて中が置いていかれる——第7段階で見る鞘・中空柱と 形態上の共通性を持つ構造です（同一機構と確定しているわけではありません）。 名前は 針付六花（CP3a・希）／角柱付六花（CP3b・少）／巻込骸晶付六花（CP3c・希）、 母が角板なら CP3d〜f です。
六花から柱が生える（CP3）。母結晶（六花／角板）と付くもの（針／角柱／巻込骸晶＝縁の壁）を切り替えると、CP3a〜f の名前が読み出しに出ます。「柱の長さ」＝柱の領域で過ごした時間、「上下の分かれ方」は立体樹枝と同じ整理（1本は必ず片側、全体は芽の面しだい、統計未確認）。真上からでは針が点にしか見えないので、「斜めから」でどうぞ。
鼓とCP3は、同じ地図の逆回り。 鼓＝柱の領域で生まれて板の領域へ。CP3＝板の領域で生まれて柱の領域へ。 どちらも «順序と回数» までが読み取れて、正確な温度は読み取れない—— その注意書きも共通です。 なお第10段階の砲弾集合に板が付く CP2 も、この家族の親戚です。
下のモデルは、本物の氷Ih 酸素格子（約 19,000 サイト）の上で動く キネティック・モンテカルロ（KMC）です。 ルールはたった2つしかありません。
α は面ごとの頻度係数（無次元。物理的な付着係数そのものではありません）で、 付着と脱離の両方に同じ値を掛けています。 なお正直に書くと、このモデルは孤立サイトへの付着を禁じる一方で 孤立分子の脱離を許しているため、厳密な詳細つり合いは満たしません （成長・昇華の傾向を見る定性模型です）。それでも α の掛け方により、 面ごとの «速さ» だけが変わります。時計はギレスピー法で進めます。
注目してほしいのは、二次元核生成の関門をルールに書いていないことです （現れるのは定性的な island 形成で、臨界核サイズや核生成率の定量再現ではありません）。 平らな基底面に降りた孤立分子は縦の結合1本しか持てないので、 たいてい蒸発してしまいます——第4段階で見た関門が、格子の形から自動的に現れます。
下のパネルで、実際に育てられます。 αc:αa のスライダー、3つのプリセット、▶育てる／リセット、 そして計測行（分子数・c:a・イベント数・停止状態）という構成です。 「ガイドツアー」を押すと、板→柱→等方の一連の実験を順に再生します。 プリセットの「−15℃相当」「−6℃相当」は中谷ダイアグラムの領域名からの目安であって、 モデルが温度を知っているわけではありません—— 動いているのはあくまで αc:αa の1本です。
氷Ihの格子（約19,000サイト）上で動くキネティック・モンテカルロ。初めての方は「ガイドツアー」からどうぞ。
スライダーを動かして確かめられるのは次のことです。
| αc：αa（このモデル内の比） | できる c : a（モデル内） | 形 |
|---|---|---|
| 1 : 40 | 約 0.2〜0.4 | 薄い板 |
| 1 : 1 | 約 0.6〜0.8 | ほぼ等方（やや板寄り） |
| 40 : 1 | 約 2.0〜2.4 | 柱 |
乱数のくじ引きなので、値は実行のたびに少し変わります（幅は代表的な範囲）。 1:1 でもわずかに板寄りになるのは、格子のトポロジー由来の一定の癖で、 交互逆転の能力とは別物です。
そして、これがこのページの核心です。 つまみを 1:1 に固定すると、この機械はどんな温度設定でもほぼ同じ形しか作れません。 板と柱の切り替えを運んでいるのは、外から差し込むスライダー1本だけ—— つまり面別の付着係数だけです。
ということは、雪結晶の形の物理は、次の1点に凝縮されます。
α基底面(T) と α柱面(T) の大小が、なぜ温度に対して3回も入れ替わるのか。
有力な筋書きは、Kuroda–Lacmann（1982）以来の 「面ごとにずれて進む前融解」です。 基底面と柱面では表面の乱れが発達する温度が互いにずれており、 各面は «ほどよく乱れて核生成が楽になる温度窓» を別々に持つ——という考えです。 Libbrecht の成長速度測定は、面別の臨界過飽和度 σ₀(T) の交差を実際に捉えています。
ただし到達点は正確に言うと三段に分かれます。
なぜこれほど難しいのか。晶癖の転移は、大きな結合エネルギーどうしが ほぼ相殺したごく小さな自由エネルギー差の綱引きで決まると考えられます—— 数 K の温度差に対応する差は水素結合1本のエネルギーよりも桁違いに小さく、 （以前ここに載せていた具体値は出典を示せないため撤回します） それを表面の多数の分子が協同して鋭い転移にしている—— 第一原理からの予言が困難な理由がまさにこれです。 この分野の第一人者自身が「根本的にはまだ理解されていない」と明言しています。
| 量 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 板・柱が見分けられる大きさ | 5〜20 µm | 条件依存 |
| 晶癖の逆転温度 | −4 / −10 / −22 ℃ | 導出は未解決 |
| 樹枝六花が出る温度 | 約 −15 ℃ | 高過飽和が必要 |
| 晶癖転移を決める自由エネルギー差 | ごく小さい（相殺の残り） | 具体値は出典を示せる形で確定できず撤回（2026-08-05） |
| KMC の格子サイズ | 約 19,000 サイト | 本ページのモデル |
初版：2026-08-05 以前（正確な作成日は記録なし——判明し次第記入）｜最終更新：2026-08-12