Natural Wonders and How They Work

Some things in nature look so strange that they feel like magic, even when you know the science behind them. Green curtains of light ripple across Arctic skies. Waves glow bright blue on a dark beach. Smooth, saucer-shaped clouds hang perfectly still above a mountain. In one California desert, heavy stones slide across a dry lakebed and leave long tracks behind them.

自然界には、科学的な仕組みを知っていても魔法のように感じられるほど不思議な現象があります。北極の空には緑色の光のカーテンが揺らめきます。暗い浜辺では、波が鮮やかな青色に光ります。なめらかな円盤形の雲が、山の上でぴたりと動かずに浮かんでいます。そしてカリフォルニアの砂漠では、重い石が干上がった湖底を滑り、後ろに長い跡を残していきます。

None of this is a miracle. Every one of these events follows the same laws of physics, chemistry and biology as the rest of nature. Knowing how they work doesn't spoil them, though. For many people it makes them even more impressive. Here are some of the most spectacular natural phenomena on Earth and what causes them.

どれも奇跡ではありません。これらの現象はいずれも、自然界のほかのすべてと同じ物理、化学、生物の法則に従っています。それでも、仕組みを知ったからといって魅力が損なわれるわけではありません。むしろ多くの人にとっては、いっそう印象深いものになります。ここでは、地球上でとりわけ壮大な自然現象と、その原因を紹介します。

The aurora borealis, or northern lights, is probably the most famous light show in nature. Waves of green, pink and violet light ripple across the night sky in a wide ring around the North Pole, over places like northern Norway, Iceland, Alaska and northern Canada. For centuries the lights have shaped local legends, and today thousands of tourists travel north every winter just to see them.

北極光とも呼ばれるオーロラは、おそらく自然界で最も有名な光のショーです。緑、ピンク、紫の光の波が、北極を取り囲む幅広い輪に沿って夜空を流れ、ノルウェー北部やアイスランド、アラスカ、カナダ北部などの上空に現れます。何世紀にもわたって、この光は各地の伝説を生んできました。今では毎年冬になると、何千人もの観光客がオーロラを見るためだけに北へ向かいます。

The aurora begins with the Sun, which constantly sends out a stream of charged particles called the solar wind. Earth's magnetic field steers some of these particles toward the polar regions. There they crash into gases high in the atmosphere, mostly 100 to 300 kilometers up, and make them give off light. Oxygen glows green or red, while nitrogen adds blue and purple. When the Sun is very active, the aurora spreads much farther from the poles: in May 2024, people saw it as far south as Italy and Texas. The Southern Hemisphere has its own version, the aurora australis, or southern lights.

オーロラの始まりは太陽です。太陽は太陽風と呼ばれる荷電粒子の流れを絶えず放出しています。地球の磁場は、そうした粒子の一部を極地へと導きます。そこで粒子は、主に高度100〜300キロメートルの上層大気でガスとぶつかり、ガスを光らせます。酸素は緑や赤に光り、窒素は青や紫の色合いを加えます。太陽の活動がとても活発になると、オーロラは極地からずっと遠くまで広がります。2024年5月には、イタリアやアメリカのテキサス州でも見られました。南半球にも独自のオーロラがあり、南極光と呼ばれています。

On some nights, the waves breaking on a beach glow an electric blue-green. Move your hand through the water and it leaves a trail of cold, ghostly light. This is bioluminescence, light made by living things. It is far more common than most people realize, but most of it happens where nobody sees it, in the darkness of the deep ocean.

ある夜には、浜辺に打ち寄せる波が鮮やかな青緑色に光ります。水の中で手を動かすと、冷たく幻想的な光の筋が残ります。これが生物発光、つまり生き物がつくり出す光です。多くの人が思っているよりはるかにありふれた現象ですが、そのほとんどは誰の目にも触れない場所、つまり深海の暗闇で起きています。

The glowing waves are usually caused by dinoflagellates, tiny single-celled plankton that flash blue when the water around them moves. The light comes from a chemical reaction: a molecule called luciferin reacts with oxygen, helped by an enzyme called luciferase. Jellyfish, squid and many deep-sea fish make light too, and so do fireflies on land. A 2017 study off the coast of California found that about three quarters of the animals living in the open ocean can glow. They use light to find food, attract mates and confuse predators. Mosquito Bay in Puerto Rico and Vaadhoo Island in the Maldives are famous for their glowing water.

光る波の正体は、たいてい渦鞭毛藻です。これは単細胞の小さなプランクトンで、周りの水が動くと青く光ります。光は化学反応から生まれます。ルシフェリンという分子が、ルシフェラーゼという酵素の助けを借りて酸素と反応するのです。クラゲやイカ、多くの深海魚も光を出し、陸上ではホタルも同じように光ります。2017年にカリフォルニア沖で行われた調査では、外洋にすむ動物のおよそ4分の3が光を出せることがわかりました。動物たちは光を使って、えさを探したり、交尾の相手を引き寄せたり、捕食者を惑わせたりします。プエルトリコのモスキート湾や、モルディブのヴァードゥー島は、光る海で有名です。

Ball lightning is the strangest and least understood event in our weather. For centuries, people have described glowing balls of light, anywhere from the size of a golf ball to the size of a beach ball, that appear during thunderstorms. They float through the air for a few seconds, sometimes drift into rooms or even pass through windows, and then either fade quietly or disappear with a loud bang.

球電は、気象現象の中で最も奇妙で、最も解明が進んでいないものです。何世紀も前から、雷雨の最中に現れる光る球が報告されてきました。大きさはゴルフボールほどのものからビーチボールほどのものまでさまざまです。球は数秒間空中を漂い、ときには部屋の中に入り込んだり、窓ガラスを通り抜けたりすることさえあります。そして静かに消えるか、大きな音を立てて消滅します。

Because it is rare and lasts only seconds, ball lightning was very hard to study, and some scientists doubted that it existed at all. Then, in 2012, Chinese researchers who were studying ordinary lightning on the Tibetan Plateau happened to record a glowing ball with their cameras and instruments. It shone for about a second and a half, and its light showed silicon, iron and calcium, elements found in soil. This supports a popular theory: a lightning strike turns soil into hot vapor, and that cloud glows as it burns. Other theories involve plasma or microwaves, and scientists still don't agree on the cause.

球電はめったに起こらず、数秒しか続かないため、研究がとても難しく、本当に存在するのかを疑う科学者もいました。ところが2012年、チベット高原で普通の雷を調べていた中国の研究者たちが、カメラと観測機器で偶然、光る球をとらえました。球は約1.5秒間光り、その光からはケイ素、鉄、カルシウムという土壌に含まれる元素が見つかりました。これは、落雷によって土が高温の蒸気になり、その蒸気が燃えながら光るという有力な説を裏づけるものです。ほかにプラズマやマイクロ波によるとする説もあり、原因について科学者の意見はまだ一致していません。

During some volcanic eruptions, lightning flashes through the huge cloud of ash rising from the volcano. Scientists sometimes call this a “dirty thunderstorm.” It is one of the most frightening sights in nature, and one of the oldest on record: the Roman writer Pliny the Younger described flashes like lightning in the dark cloud over Mount Vesuvius in AD 79.

火山が噴火すると、噴き上がる巨大な火山灰の雲の中を稲妻が走ることがあります。科学者はこれを「汚れた雷雨」と呼ぶこともあります。自然界で最も恐ろしい光景の一つであり、最も古くから記録されている光景の一つでもあります。古代ローマの作家、小プリニウスは、西暦79年にヴェスヴィオ山の上の黒い雲の中で稲妻のような閃光が走ったと書き残しています。

The lightning comes from electric charge. Inside the ash cloud, bits of rock and ash rub and crash into each other, and if the cloud rises high enough, ice forms in it too. These collisions build up positive and negative charges in different parts of the cloud, much as in an ordinary thunderstorm, until the charge is released as lightning. Volcanic lightning has been seen over Eyjafjallajökull in Iceland in 2010, over Mount Etna in Sicily and over Sakurajima in Japan. The 2022 eruption of Hunga Tonga in the Pacific produced the most intense lightning ever recorded, with hundreds of thousands of flashes in less than a day.

この雷は電荷から生まれます。火山灰の雲の中では、岩のかけらや火山灰がこすれ合い、ぶつかり合います。雲が十分に高く上がれば、中に氷もできます。こうした衝突によって、雲の中の異なる部分にプラスとマイナスの電荷がたまっていきます。仕組みは普通の雷雨とよく似ており、たまった電荷はやがて稲妻として放出されます。火山雷は、2010年のアイスランドのエイヤフィヤトラヨークトルや、シチリア島のエトナ山、日本の桜島の上空で観測されています。2022年の南太平洋のフンガ・トンガ火山の噴火では、1日足らずの間に数十万回もの雷が発生し、観測史上最も激しい雷活動となりました。

On Racetrack Playa, a dry lakebed in a remote corner of Death Valley in California, rocks sit at the ends of long tracks in the cracked mud. Some of the tracks are straight, others curve or zigzag, and some of the rocks weigh more than 300 kilograms. The tracks clearly showed that the stones moved, but for decades nobody had ever seen one move.

カリフォルニア州デスバレーの人里離れた一角に、レーストラック・プラヤという干上がった湖底があります。そこでは、ひび割れた泥の上に残る長い跡の先に、岩がぽつんと置かれています。跡はまっすぐなものもあれば、曲がったりジグザグになったりしているものもあり、中には300キロを超える岩もあります。跡を見れば石が動いたことは明らかでしたが、何十年もの間、実際に動くところを見た人は一人もいませんでした。

Geologists puzzled over the stones for more than 60 years. The answer finally came in December 2013, when a team using GPS trackers and time-lapse cameras caught the rocks in motion. In winter, rain and melting snow sometimes form a shallow pond on the playa. On cold nights its surface freezes into a sheet of ice only a few millimeters thick. On a sunny day the ice breaks into large floating panels, and a light wind pushes them across the water. The panels push the rocks ahead of them, a few meters per minute, and the stones leave tracks in the soft mud underneath. So the stones don't move by themselves, and they don't float: thin, almost invisible ice pushes them.

地質学者たちは60年以上もこの石の謎に頭を悩ませてきました。答えがようやく出たのは2013年12月のことです。GPS発信機とタイムラプスカメラを使った研究チームが、岩が動く瞬間をとらえたのです。冬になると、雨や雪解け水で湖底に浅い池ができることがあります。寒い夜には、その水面が厚さわずか数ミリの氷の膜になります。晴れた日には氷が割れて大きな板となって水に浮かび、弱い風に押されて水面を進みます。氷の板は岩を前へ押し、岩は1分間に数メートルの速さで動いて、下のやわらかい泥に跡を残します。つまり石はひとりでに動くわけでも、水に浮かぶわけでもありません。ほとんど目に見えない薄い氷が押しているのです。

Lenticular clouds, known to scientists as altocumulus lenticularis, look like something from another world. They are smooth, lens-shaped discs that hang over or just behind mountain peaks, sometimes stacked like a pile of plates. Strong winds blow all around them, yet they stay in the same place for a long time. Not surprisingly, people often report them as UFOs.

レンズ雲は、学術的には高積雲レンズ雲と呼ばれ、まるで別の世界から来たかのような姿をしています。なめらかなレンズ形の円盤で、山頂の真上やそのすぐ後ろに浮かび、ときには皿を積み重ねたように何層にも重なります。周りでは強い風が吹いているのに、長い時間同じ場所にとどまります。人々がしばしばUFOと見間違えて通報するのも無理はありません。

They form when a steady, moist wind blows over a mountain. The mountain pushes the air up and sets off a series of waves in the air behind it, a bit like the ripples in a stream behind a rock. Where the air rises to the top of a wave, it cools and its moisture turns into cloud. Where it sinks again, it warms up and the cloud disappears. Air keeps flowing through the cloud, but because the cloud keeps forming on one side and disappearing on the other, it seems to stand still. Lenticular clouds are often seen over lone mountains such as Mount Fuji in Japan, Mount Rainier in the United States and the Matterhorn in the Alps.

レンズ雲は、湿った風が一定の強さで山を越えるときにできます。山は空気を押し上げ、その後ろの空気に一連の波を生み出します。小川の流れが石の後ろでさざ波を立てるのに少し似ています。空気が波の頂上へ上がる所では、空気が冷えて水蒸気が雲になります。空気が再び下がる所では、空気が暖まって雲は消えます。空気は雲の中を流れ続けていますが、雲が片側で絶えず生まれ、反対側で消え続けるため、止まっているように見えるのです。レンズ雲は、日本の富士山、アメリカのレーニア山、アルプスのマッターホルンなど、ぽつんとそびえる山の上でよく見られます。

Every fall, hundreds of millions of monarch butterflies fly south from Canada and the northern United States. Some travel more than 4,000 kilometers to reach the fir forests in the mountains of central Mexico. There they spend the winter packed together on the trees in such huge numbers that their weight can bend the branches.

毎年秋になると、何億匹ものオオカバマダラというチョウが、カナダやアメリカ北部から南へ向かって飛び立ちます。中には4000キロ以上を飛んで、メキシコ中部の山地にあるモミの森にたどり着くものもいます。チョウたちはそこで木々にびっしりと集まって冬を越します。その数はあまりに多く、重みで枝がしなるほどです。

The strangest part is that no single butterfly makes the whole round trip. The monarchs that leave Mexico in spring lay eggs in the southern United States and die. Their young continue north, and only after three or four generations does a new generation fly all the way back. So the butterflies that arrive in Mexico each fall have never been there before: they are usually the great-great-grandchildren of the ones that left. Scientists believe they find their way with a sun compass, corrected for the time of day by a clock in their antennae, and they may also sense Earth's magnetic field. How an insect with such a tiny brain finds a small patch of forest it has never seen is still not fully understood.

最も驚くべきなのは、往復の旅をすべてやり遂げるチョウは一匹もいないということです。春にメキシコを離れたオオカバマダラは、アメリカ南部で卵を産んで死んでしまいます。その子どもたちがさらに北へ進み、3〜4世代を経てようやく、新しい世代が全行程を引き返します。つまり、毎年秋にメキシコに着くチョウは、その場所に一度も行ったことがないのです。たいていは、旅立ったチョウの玄孫にあたります。科学者たちは、チョウが太陽コンパスを使って方角を知り、そのコンパスを触角にある時計が時刻に合わせて補正していると考えています。地球の磁場も感じ取っている可能性があります。これほど小さな脳しかない昆虫が、一度も見たことのない小さな森をどうやって見つけるのかは、まだ完全にはわかっていません。

Long before science could explain them, natural phenomena found their way into stories and beliefs. In Finnish folklore, the northern lights were sparks thrown into the sky by the tail of a fox running across the snow, and the Finnish word for them, revontulet, means “fox fires.” The Sami people of northern Scandinavia treated the lights with respect and told children not to wave or whistle at them. In Mexico, the monarchs arrive around the Day of the Dead in early November, and many people believe they carry the souls of the dead.

科学が説明できるようになるずっと前から、自然現象は物語や信仰の中に入り込んでいました。フィンランドの民間伝承では、オーロラは雪原を駆けるキツネが尾で空に跳ね上げた火花だとされ、フィンランド語でオーロラを表す「レヴォントゥレット」は「キツネの火」という意味です。スカンディナヴィア北部のサーミの人々はこの光を敬い、子どもたちに光に向かって手を振ったり口笛を吹いたりしないよう言い聞かせていました。メキシコでは、オオカバマダラが11月初めの死者の日の頃にやって来るため、多くの人がチョウは死者の魂を運んでくると信じています。

These events still affect us today. Psychologists who study awe, the feeling we get in front of something so vast that we can't fully take it in, have linked it to lower stress, a stronger sense of connection to other people and more generous behavior. Standing under the aurora or on a beach full of glowing waves, many people say they feel small, but in a good way.

こうした現象は、今も私たちの心を動かします。畏敬の念、つまりあまりに大きくて理解しきれないものを前にしたときに抱く感情を研究する心理学者たちは、この感情がストレスの軽減や、他者とのつながりの強まり、より寛大な行動と関係していることを示してきました。オーロラの下や光る波が打ち寄せる浜辺に立つと、自分がちっぽけに感じられるけれど、それは心地よい感覚だと語る人は少なくありません。

Auroras, glowing seas, sailing stones and migrating butterflies all have scientific explanations, or at least good working theories. Some, like ball lightning, still keep part of their secret, and discoveries keep coming: the sailing stones were caught moving for the first time only in 2013.

オーロラも、光る海も、動く石も、渡りをするチョウも、すべてに科学的な説明、あるいは少なくとも有力な仮説があります。それでも球電のように、まだ秘密の一部を隠しているものもあり、新しい発見も続いています。動く石が初めて動く瞬間をとらえられたのは、2013年になってからのことでした。

Science has not taken the wonder out of these events. Knowing that a butterfly steers by the Sun with the help of a clock in its antennae, or that a wave glows because of billions of tiny plankton, only makes them more interesting. Many of these sights are also easy to reach. A winter trip to the far north or a dark beach on a warm night may be enough to see one for yourself.

科学はこれらの現象から驚きを奪ったわけではありません。チョウが触角の中の時計を頼りに太陽で方角を知ることや、波が何十億もの小さなプランクトンのおかげで光ることを知れば、かえって興味は深まるばかりです。しかも、こうした光景の多くは意外と身近にあります。冬の極北への旅や、暖かい夜の暗い浜辺だけでも、そのどれかを自分の目で見るには十分かもしれません。