ふと空を見上げたとき、「あんなに大きくな雲が、どうして落っこちてこないんだろう？」と不思議に思ったことはありませんか？
実は、空にフワフワと浮かんでいる雲は、見た目からは想像もつかないほど「とてつもなく重い」のです。
今回は、日々の暮らしの中で生まれるそんな「空のハテナ」を、分かりやすくひもといていきます。一緒になぞ解きを楽しんでみましょう！
えっ、雲ってそんなに重いの！？知られざる雲の重さ
空に浮かぶ雲を見ていると、綿あめのように軽くて、重さなんてほとんどないように見えますよね。しかし、科学的に計算してみると驚くべき数字が出てきます。
ジャンボジェット機やジャンボゾウ何百頭分！？
空によくあるポッカリと浮かんだ平均的な大きさの雲（積雲）ひとつでも、その重さはおよそ500トン（50万キログラム）もあります。
- ジャンボジェット機（満載時）：約1台分
- アフリカゾウ：約100頭分
- 大きなプール：約2.5個分の水
これが、もし空から一気にドスンと落ちてきたら大変なことになりますよね。巨大な雲（入道雲など）になると、なんと数百万トン（東京ドーム何個分もの水）に達することもあります。
こんなにも恐ろしいほど重いものが、なぜ私たちの頭の上で何事もないように浮かんでいるのでしょうか。
雲はどうやってできているの？
雲の正体を知ると、重いのに浮いている理由のヒントが見えてきます。まずは雲が何でできているのかをのぞいてみましょう。
雲の正体は小さな水と氷のつぶ
雲は煙や気体のように見えますが、実は「小さな水滴（水 droplets）」や「小さな氷の粒（氷晶 crystal）」が集まったものです。
地面の近くにある水（海や川、濡れた地面など）が温められると、目に見えない「水蒸気」となって空へ登っていきます。上空はとても寒いため、冷やされた水蒸気が再び目に見える小さな水や氷のつぶに変身します。これが、私たちが地上から見ている雲の正体です。
水蒸気と雲の違い
よく「雲は水蒸気でできている」と思われがちですが、水蒸気は目に見えません。
- 水蒸気：気体の状態（目に見えない）
- 雲・霧：液体（水滴）または固体（氷晶）の状態（目に見える）
やかんの湯気と同じように、空の中で目に見える状態になった瞬間に「雲」と呼ばれるようになります。
なぜ何百トンもの重い雲が空に浮いていられるの？
全体の重さが何百トンもある雲が、なぜ落ちてこないのでしょうか。その理由は、粒の小ささと空気の動きにあります。
理由1：つぶがとっても小さくて軽いから（霧吹きやミストのイメージ）
身近な例で考えてみましょう。コップに入った水を手でバシャッとこぼすと、一瞬で下に落ちていきますよね。
ですが、霧吹き（ミスト）を使って水をシュッと吹き出したときはどうでしょうか？
細かくなった水滴が空中に一目散に落ちず、しばらくフワフワと空気中を漂いながら、ゆっくり落ちていきますよね。雲を作っているつぶは、あのミストよりもさらに小さく、半径はおよそ0.01ミリメートル（10マイクロメートル）程度しかありません。
雲全体の重さは何百トンもありますが、それを構成している粒ひとつひとつは「超・超小型」なのです。
このように極めて小さな粒になると、地球の重さによって下に引っ張られる力よりも、周りの空気が邪魔をする力（空気抵抗）のほうがずっと強くなります。その結果、落ちるスピードが落ちているかわからないほどゆっくりになります。
【補足】落下速度とストークスの法則（さらに詳しく知りたい方へ）
小さな球体が空気中を落ちるとき、働く重力と空気の粘性抵抗力がつりあうことで「終端速度（一定の落下速度）」が決まります。
流体力学ではこれを「ストークスの法則」と呼びます。球の半径を r 、流体の粘度を eta とすると、抵抗力は半径に比例し、質量（重力）は体の大きさ（半径の3乗）に比例します。
つまり、粒が小さくなればなるほど、重さに対して空気抵抗の割合が非常に大きくなり、終端速度が圧倒的に遅くなります。雲の粒（半径約0.01mm）の落下速度はわずか1cm/s程度であり、わずかな風で簡単に押し上げられてしまうのです。
理由2：下から上へ吹く「上昇気流」があるから
ゆっくり落ちようとしている雲のつぶですが、実際には落ちてくるどころか空に浮かび続けています。それを支えているのが「上昇気流（じょうしょうきりゅう）」という下から上へと吹く空気の流れです。
太陽の光で温められた地面の空気は軽くなり、上へ上へと登っていきます。この上向きの風のスピードは、雲のつぶが落ちようとするスピード（秒速1cm程度）よりもはるかに速いため、雲のつぶは下から押し上げられて空に浮いていられるのです。
雲が雨になって落ちてくるのはどんなとき？
ずっと浮かんでいられそうな雲ですが、ときには雨となって地上に降ってきますよね。空の上で一体何が起きているのでしょうか。
つぶ同士がくっついて大きくなるとき
雲の中で水や氷のつぶが風にあおられてぶつかり合うと、互いにくっついてどんどん大きくなっていきます。
粒の大きさが半径約0.1ミリメートルから数ミリメートルほどまで成長すると、「雨のしずく」になります。
上昇気流で支えきれなくなると雨になる
粒が大きくなると重力の影響が強くなり、落ちるスピードが一気に速くなります（大粒の雨では秒速数メートルに達します）。
こうなると、下からの上昇気流の力だけでは支えきれなくなり、重力に負けて地上へと落ちてきます。これが「雨」の降る仕組みです。
まとめ
あんなに大きな雲が空に浮かんでいられる理由、すっきりお分かりいただけたでしょうか。
- 雲は見た目によらず、実は何百トン（ゾウ100頭分以上）もあってすごく重い。
- 雲の正体は、目に見えない水蒸気が冷やされてできた「小さな水や氷のつぶ」。
- 霧吹きのミストのようにつぶがあまりにも小さいため、落ちるスピードがとても遅い。
- 地上から上に向かって吹く「上昇気流」が、つぶを下からしっかり支えている。
- つぶ同士がくっついて大きくなり、上昇気流で支えきれなくなると「雨」として落ちてくる。
ふだん何気なく見上げている空の上では、想像を超える重量の水滴たちと空気の流れによるダイナミックなドラマが繰り広げられているのですね。次に雲を見かけたときは、ぜひ「あの下に何百トンもの水が浮いているんだな」と思い出してみてくださいね。
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参照元
- 気象庁「はれるんライブラリー：雲はどうしてできているの？」 https://www.jma.go.jp/jma/kids/faq/a3_01.html
- 学研キッズネット「雲はどうして浮いているの？」 https://kids.gakken.co.jp/kagaku/kagakuqa/detail/1202/
- 科学技術振興機構（JST）キッズサイエンス「雲と雨のひみつ」 https://www.jst.go.jp/