はじめに

このサイトでは株式会社シータスクの地学教材「水晶球観察器」についてご紹介しています。パワーストーン・占星術・祈祷・魔法・異世界・超能力あるいは宝飾品としての水晶については何ら役に立つ情報は載せておりません。水晶球観察器に添付されている説明書の内容を補足する情報を掲載しています。

UnDigitalは株式会社シータスクの登録商標です。

免責事項

水晶球観察器は地学教材として開発しています。本観察器のご使用によりお客様に損害が生じても当社では一切責任を負いません。

 

■水晶球観察器の商品構成

・ステージ（黒色アクリル製）
　　　　　　　　　　68×50×8mm　1台
　　　　　　　　　　直径約50mmの球まで載せることができます。

・フィルター1　光拡散シート ＋ 直線偏光板（垂直）
　　　　　　　　外形50×50mm　1枚

・フィルター2　直線偏光板（水平）
　　　　　　　　外形50×50mm　1枚

・フィルター3　円偏光板
　　　　　　　　外形50×50mm　1枚

・説明書

　 観察する水晶球と光源はご用意ください

■直線偏光板の仕様

　　厚さ：0.2mm
　　透過率:40%
　　偏光度:99%以上
　　UV透過率:1.0％以下

■円偏光板の仕様

　　右回転円偏光板
　　厚さ0.3mm
　　リタデーション値140nm
　　単体透過率42%

■組み立て

 

上の図のようにフィルターをステージの溝に差し込んでください。フィルター１が光源側、フィルター２が観察者側です。フィルターに印字してある１と２の数字が観察者側を向くようにしてください。ステージ中央の穴には観察する球を置いてください。

■観察用の光源について

水晶球の観察には電球形蛍光灯または直管の蛍光灯が適しています。LED蛍光灯・LED電球は種類が多く、すべて確認していませんが、虹色の同心円がまったく見えないものもあります。くわしくは次の章「光源について｣を参考にしてください。

■観察1　虹色の同心円をみつけよう

 

 

 

フィルター２を通して球を見ながら、上の図のように指先で球を回してください。本物の水晶球なら、よく見ると明るい部分と暗い部分があるはずです。暗い部分にそって球を回すと虹色の同心円が見えてきます。下の画像のガラス玉は一例です。ガラスの素材によってはことなった模様に見えることもあります。

 

水晶には複屈折や旋光性と呼ばれる性質があります。偏光板を通り抜けた光は水晶球の中で複屈折あるいは偏光面が回転するような動きをします。その過程で波長ごとに、つまり色によって光の進む速さ、回転する度合いが変わり、これが干渉縞を生み、観察者には虹色の同心円となって見えます。

偏光板はサングラスやカメラのフィルター、あるいはテレビ、パソコンのディスプレイなどさまざまな用途に使われています。自然界の光はあらゆる方向に振動していますが、偏光板はスダレのような構造をしており、特定の方向に振動している光しか通しません。光が通れる方向を偏光軸あるいは透過軸と言います。二枚の偏光板を、それぞれの偏光軸が直角に交わるように重ねると、どんな光も通過できなくなり、暗く見えます。鉱物顕微鏡はこのように2枚の偏光板を直交させ（これをクロスニコルといいます）、その間に置いた鉱物の性質を調べることができます。

観察する球が比較的小さい場合はフィルターの枠が光源の光をさえぎることがあります。この場合は上の図のように両方のフィルターを90度まわして（数字が横に倒れた状態で）ステージに差し込んでください。

 

 

小さな球は5円玉や50円玉を重ねて、その上に置いてください。

■観察2　右巻きか左巻きかを見分ける

光源とフィルター1と水晶球はそのままで、観察者側のフィルター２の代わりにフィルター３（円偏光板）を差し込んでください。本物の水晶球なら虹色の同心円が右巻きまたは左巻きのうずまき模様（エアリースパイラル）に変わるはずです。フィルター３にはウラオモテがあります。「３」の数字が必ず観察者側を向くようにしてください。

鉱物の結晶や糖などの有機物には光の振動方向を変える性質をもったものがあります。光源側の偏光板を通り抜けた光は水晶などの結晶や砂糖水など旋光性を持った物質の中を通過するとき振動の方向が徐々に変わり（偏光面が回転し）、観察者側の偏光板を通して見ても完全に暗くはなりません。どの程度回転するかは、光の色（波長）、物質の種類、濃度、厚さによって変わります。水晶の旋光性については理科年表に記載があります。高校の化学の教科書に登場する「光学異性体」も旋光性に関する言葉です。

光源について

 

開発の経緯

Is it real? 　The crystal ball

本物ですか？　その水晶球

人はなぜ無色透明の水晶球にひかれるのでしょうか。水晶にはどんな魅力があるのでしょう。観光地の土産物店で買った「水晶球」は本物なのか、それともガラス玉なのか。見分ける方法はないものだろうかと悩める人が当社の偏光板を買っているらしいということを知りました。

本物かニセモノか、どうやって見分けるのだろうと思い、手元にあった水晶球を二枚の偏光板の間に入れ、指先でくるくる回していると、不思議なことに水晶球の明るさが変わることに気がつきました。黒い帯が見えることもあります。さらに、この黒い帯に沿って水晶球をまわしてゆくと、なんと、虹色の目玉があらわれたではありませんか。水晶球の表面に虹色の同心円が広がっているのです。

この不思議な体験を多くの人に知ってもらうため、観察実験セットをつくることにしました。これが2010年に発売した「ときめき！水晶Ｑ 水晶球観察実験セット」です。自画自賛ですが水晶球とガラス玉（ビー玉）が付属しているので、光源さえ用意すればすぐに観察できるため、ネットショップでも人気の商品でした。ところが観察に適した水晶球の入手がむずかしくなってきたため、生産を見合わせることになったのです。

 

その後も、「水晶球はいらないから、観察器だけ売ってほしい｣というご要望が続きました。 なぜ虹色の同心円が見えるのか。すべては水晶、つまり二酸化ケイ素の結晶構造と、光は波の性質を持っているということに由来します。これは地学の教材・光学の教材として普及させるべきではないかと考えている時、一冊の本に出会いました。それは鉱物の研究で著名な理学博士、堀秀道氏の「水晶の本」（草思社）です。

 

「堀秀道の水晶の本」はホリミネラロジー ミネラルショップにて販売しています。

この「堀秀道の水晶の本」のあとがきから一部抜粋させていただきます。

　ところで、私がかねてより心配していることがある。複数のノーベル賞を受け、科学先進国といわれる日本であるが、鉱物学全般に関しては欧米先進国と肩を並べることができていないように思われる。人材の数も少ない。その原因のいくつかは先にも触れたが、日本では、「自然史」の伝統が未発達であるため、子供たちに水晶の魅力を伝えることができず、教育機関でも実物なしの理論を教えることになってしまっている。水晶、方解石、蛍石などの基本的鉱物の肉眼鑑定ができない鉱物教師というのはいかがなものであろうか 。

日本の地学教育に対するこの憂慮が、今回、当社が水晶球観察器を商品化することを後押ししてくれました。おおげさな表現ですが、地球の胎内で眠り続けていた水晶と、工業製品として人間が開発した偏光板の邂逅（かいこう）によって美しい虹色の同心円や螺旋（らせん）が見えることを多くの人に知っていただければ、と願っています。

水晶の話

 

地球の表面を覆っている地殻に大量に含まれている元素の一つがケイ素です。このケイ素の酸化物が結晶化したものが石英と呼ばれる鉱物です。石英はさまざまな岩石に含まれています。二酸化ケイ素の結晶である石英の中でも、結晶が六角柱状に生長した無色透明のものは特に水晶と呼ばれ、古来より日本人にはなじみのある鉱物です。

水晶は紀元前より宝石として、地位の象徴として、あるいは占いの道具として人間に利用されてきました。近年は人工の水晶も作られるようになり、時計やコンピューターに欠かせない「発振器」にもなっています。水晶は、かつては日本でも産出していましたが、最近は外国産のものが多く輸入されているそうです。水晶は英語ではロック・クリスタル、あるいはクォーツ・クリスタルと呼ばれています。

天然の水晶は永い年月をかけて地中で成長してきました。結晶は不思議なことに右回りのらせん、あるいは左回りのらせんを描くように成長します。シータスクの水晶球観察器は、水晶の右回り・左回りを観察することができます。

ショップのご案内

水晶球観察器は下記のショップで販売しています。

Amazon　遊星UnDigital Amazon店

楽天市場　UnDigital科学博物店

Yahoo!　シータスクYahoo!ショップ

余談

■直線偏光板＋波長板=円偏光板

この観察器に付属の「直線偏光板」に1/4波長板を貼り付けたものを「円偏光板」と言います。実際には1/4波長板を右４５度に傾けるか、左４５度に傾けるかで「右円偏光」か「左円偏光」にわかれます。実は、この円偏光板は３Ｄ映画を見るときに使用する３Ｄメガネにも採用されています。もし、お手元に３Ｄメガネがあれば、ぜひ水晶球を観察してみてください。

コガネムシなど甲虫の仲間には円偏光板を通して見ると色が違って見える種類があるそうです。

 

■溶錬水晶・練り水晶

水晶という鉱物の定義が「二酸化ケイ素の結晶」だとすると、市販されている「溶錬水晶」あるいは「練り水晶」とはどのようなものなのでしょうか。どうやら「水晶のかけら」を溶かして冷やし、これを球形に加工しているものをこのように呼んでいるようです。中には水晶のかけらではなくガラスを材料にしたものもあるようです。たとえ原料が本物の水晶でも、いったん熱を加えて溶かしてしまえば、結晶構造を持たないただのガラスになってしまいます。これを水晶と言うのは、鯛焼きを「鯛｣、カニカマを「蟹」というようなものです。当社がネット上のショップで買い求めた「溶錬水晶｣を2枚の偏光板で挟んで撮影した画像がこちらです。残念ながら虹色の同心円をみつけることはできませんでした。

 

 

 

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