Appearances to the contrary, frost does not fall in the same way that snowflakes are attracted earthward. A coating of frost is mainly the child of chance, the consequence of myriads of atmospheric water molecules coming together by way of independent and haphazard paths. (1)Although snowflakes are directed by the pull of gravity, water molecules hardly know it exists, moving so rapidly that it shapes their paths only slightly. They come under the influence of forces organizing them into frost only when exceedingly close to surfaces. 

The path of a snowflake from its birthplace high in the atmosphere to where it is incorporated into snow on the ground is a more or less smooth vertical line. But (2)a water molecule that finds itself on a blade of grass fringed with frost arrived there by a zig-zag path, the direction of its motion having been changed frequently and abruptly by collisions with other air molecules.

Air is a mixture of gases, water vapor one of its constituents. A spoonful of even the driest Saharan air contains a million times more water molecules than the population of the earth, and they are moving at average speeds greater than that of a bullet exiting the muzzle of a rifle.

Any surface exposed to such a dense and frantic swarm of water molecules will be bombarded by them at a stunningly high rate. Some molecules will stick or condense, but some leave the surface after a brief visit there, evaporating back into the air whence they came. The surface will remain perceptibly free of water if the rates of evaporation and condensation are equal. If condensation exceeds evaporation, water accumulates as tiny drops of dew or, if the surface is cold enough, as delicate ice crystals of frost.

But (3)why doesn’t frost form every wintry night when temperatures drop so low that water in a pail placed outside at sundown will have acquired a hard coating of ice by sunrise? It seems that subfreezing temperatures are necessary but not sufficient for frost formation. Indeed, frost may form when the air temperature is above freezing.

*molecule: 分子

見かけに反して、霜は、雪片が地表に引き付けられるのと同じように降ってくるわけではない。地表を覆う霜は主として偶然の産物であり、無数の大気中の水分子が、独立していきあたりばったりな軌道で集合した結果である。(1)雪片は重力に引き付けられるのだが、水分子は重力の影響をほとんど受けない。水分子はとても速く動くので、重力は水分子の道筋をほんのわずかに定めるだけなのである。水分子は地表に極度に近付いた時にのみ、それらを霜へとまとめる力の影響を受けるようになる。

雪片が上空高くで生まれ地表で雪としてまとまるまでの道筋は、おおよそ滑らかな垂直線をなす。しかし(2)ある一つの水分子が霜に覆われた草の葉に付着するのは、ジグザグの経路を辿った結果である。というのも、空気中の他の分子との衝突により、その運動の方向が頻繁かつ唐突に変化させられるからである。

空気は気体の混合物であり、水蒸気はその構成成分のひとつである。最も乾燥したサハラ砂漠の空気でさえ、スプーン一杯の中に世界人口の100万倍の水分子を含んでおり、ライフルの銃口から発射される弾丸よりも速い平均スピードで運動している。

どのような物の表面も、このような高密度かつ猛烈な水分子にさらされているために、著しく高い割合でそれらに衝突されることになる。分子の一部はその表面に付着し凝結するが、他の一部は短時間でそこを離れ、蒸発して、もと来た空気中に戻る。その凝結と蒸発の割合が等しい場合は、見かけ上、物の表面は乾いたままである。凝結が蒸発を上回る場合、水は小さな水滴として結露する。仮にその表面が十分に冷たければ、霜の繊細な結晶として凝固する。

しかし(3)気温が下がり、日没に外に置いたバケツの水が夜明けまでに固い氷に覆われるような冬の夜に、必ずしも霜ができないのはなぜだろうか？霜ができるために、氷点下の温度は必要条件ではあるが、十分条件ではないように思える。実の所、空気の温度が氷点下でなくても霜ができることはある。