겨울 눈 결정 관찰 실험: 직접 얼려서 눈꽃 만들기

한겨울 아파트 베란다에서 시작된 작은 과학 실험

겨울이 되면 아이와 함께 하는 활동이 눈에 띄게 줄어들기 시작한다. 바깥 활동이 어렵고, 실내 활동도 점점 비슷해지다 보니 아이가 심심해하는 경우가 많았다. 나는 어느 날 베란다 창문에 맺힌 서리를 보며 문득 ‘눈꽃’이라는 단어를 떠올렸다. 자연 상태의 눈 결정은 어떻게 생길까? 그리고 우리가 인위적으로 그 모습을 재현할 수는 없을까? 이 궁금증은 단순한 생각에서 출발했지만, 실제로 실험으로 발전했다.
나는 아이와 함께 아파트 베란다에서 직접 눈 결정 모양을 얼려 관찰하는 실험을 계획했다. 이 실험은 단지 과학적 원리를 보여주는 것이 아니라, 계절의 변화와 자연의 정교함에 대한 감탄을 이끌어내는 경험이 되었다. 이 글은 그 실험을 준비하고, 수행하며, 배운 모든 과정을 담고 있다. 어린이 과학 교육에 관심 있는 부모나 교사, 그리고 호기심 많은 아이들을 위한 안내서가 되었으면 한다.

 

실험 준비물과 환경 세팅 – 겨울이 만든 최고의 실험실

눈 결정 실험을 하기 위해서는 몇 가지 간단한 준비물이 필요했다. 무엇보다 중요한 것은 기온이었다. 이 실험은 외부 온도가 영하 5도 이하일 때 가장 잘 작동하므로, 한겨울 아침 시간대를 활용하기로 했다. 나는 실험을 베란다에서 진행하기로 했는데, 실외로 나가지 않고도 일정한 온도 유지가 가능했고, 창문을 통해 자연광을 관찰할 수 있어 아주 적합한 장소였다.

준비물은 다음과 같았다:

• 깨끗한 유리 판 (정사각형으로 잘라낸 유리 조각 혹은 손거울)
• 실험용 핀셋 또는 고무장갑
• 플라스틱 컵 2~3개 (습기 보관용)
• 냉동실에서 차갑게 만든 스프레이 병 (물+소금 혼합액)
• 차가운 수건 (유리판 냉각용)
• 스마트폰 카메라 또는 루페(돋보기)
• 실험 일지 또는 노트

먼저 유리판을 냉동실에서 30분간 냉각시켰다. 유리 표면이 차가워야 수증기가 응결하며 결정화되기 때문이다. 이후 실험 장소인 베란다에서 유리판을 조심스럽게 꺼내어 플라스틱 컵 위에 올려놓았다. 바닥과 직접 닿지 않도록 공기 흐름이 있도록 설치하는 것이 중요했다. 스프레이 병은 미지근한 물에 소금을 약간 섞어 만든 용액을 담아 사용했다. 이는 수분을 눈처럼 응결시키는 역할을 한다. 이 모든 과정을 아이와 함께 하며 준비하는 것 자체가 좋은 과학 수업이었다.

실험 과정 – 눈 결정은 어떻게 만들어지는가?

유리판 위에 스프레이를 뿌리자 처음에는 작은 물방울이 맺혔다. 그러나 외부 온도가 충분히 낮고 유리판이 차가운 상태일 경우, 수증기나 물방울이 표면에서 빠르게 결정화되어 눈꽃 같은 패턴을 형성하기 시작한다. 중요한 점은 수분이 ‘서서히’ 응결해야 예쁜 눈 결정이 생긴다는 것이다. 급격한 냉각은 단순한 얼음 층을 만들 뿐이다.

처음 10분 동안은 변화가 미미했지만, 시간이 지나자 유리판 곳곳에 마치 나뭇가지처럼 뻗어 나가는 육각형 결정 구조가 나타났다. 스마트폰 카메라로 확대 촬영을 해보니 마치 현미경으로 본 눈꽃 결정처럼 정교한 패턴이 형성돼 있었다. 아이는 "이게 진짜로 얼음이야?"라고 놀라워하며 질문을 쏟아냈다. 나는 그때, 단지 실험을 보여주는 것 이상으로 아이에게 자연이 만들어낸 질서와 아름다움에 대한 감각을 전달하고 있다는 것을 깨달았다.

과학적으로 보면 눈 결정은 수증기가 차가운 공기 중에서 응결하면서 생기는 고체 형태의 결정이다. 온도, 습도, 공기의 흐름, 표면의 상태 등에 따라 그 형태는 무한히 달라질 수 있다. 우리가 실험에서 관찰한 것도 자연에서 형성되는 원리와 같았다. 특히 육각형의 대칭성은 물 분자의 구조에서 비롯되며, 이는 매우 정교한 자연법칙이 만들어내는 예술이었다.

실험 결과 정리와 과학 원리 해설

실험이 끝난 후, 우리는 유리판 위에 형성된 다양한 눈 결정을 스마트폰으로 촬영하고, 형태별로 분류해서 그림으로 기록했다. 결정 구조는 크게 세 가지로 나뉘었다:

• 나뭇가지형(수지상 결정): 매우 추운 날씨에서 형성
• 판형 결정: 온도와 습도가 일정할 때 자주 보임
• 기둥형 결정: 수분이 적은 환경에서 형성

아이와 함께 결정의 모양을 비교하며, 왜 형태가 이렇게 다른지 이야기해보는 시간이 매우 의미 있었다. 아이는 스스로 "물이 얼면 왜 네모 모양이 아니라 이렇게 생기지?"라고 물었고, 나는 물 분자가 육각형 구조로 배열되기 때문이라고 설명했다. 이 과정은 단순한 지식 전달이 아니라, 아이의 과학적 사고력과 질문하는 능력을 키우는 활동이 되었다.

또한 이 실험을 통해 기상과학(대기 중 응결), 화학(물 분자 구조), 물리(온도 변화에 따른 상태 변화) 등 다양한 과학 개념을 자연스럽게 연결할 수 있었다. 특히 추운 날씨가 오히려 ‘과학 실험실’이 될 수 있다는 경험은 아이에게 특별한 기억으로 남았을 것이다.

겨울의 과학을 아이와 함께 체험하는 방법

이 실험은 단발성 체험으로 끝내기보다 다양한 방향으로 확장할 수 있다. 예를 들어, 다른 조건(온도, 습도, 시간 등)을 바꾸며 실험을 반복해보기, 혹은 다른 표면(플라스틱, 알루미늄, 유리 등)에 따라 눈 결정 형성의 차이를 관찰해 보는 식이다. 아이가 조금 더 성장하면, 결정 형성의 속도를 시간 단위로 측정하거나, 형성된 결정의 사진을 비교하여 포스터 형태로 정리하는 프로젝트 학습으로 발전시킬 수도 있다.

또한, 겨울철 자연 눈이 오는 날, 실제 눈송이를 종이에 받아서 그 형태를 비교하는 활동도 함께 해볼 수 있다. 자연 상태의 눈과 실험으로 만들어낸 눈꽃의 차이를 비교하는 것도 매우 흥미롭다. 그리고 이 모든 과정을 정리해 나만의 과학 실험 노트를 만들면, 글쓰기 훈련과 표현 능력까지 자연스럽게 함께 키울 수 있다.

이 실험을 통해 아이는 겨울이라는 계절의 특별함과 함께, 자연이 얼마나 정교하고 신비로운 과정을 통해 다양한 현상을 만들어내는지를 직접 체험했다. 또한 부모로서 나 역시, ‘가르친다’기보다 함께 ‘발견하고 감탄하는’ 경험을 할 수 있었다.
단 한 번의 눈꽃 실험이었지만, 그 안에는 과학, 예술, 자연, 교육, 그리고 가족이 함께 녹아 있었다.

 

직접 집에서 겨울철 기온을 활용해 눈 결정을 만들어 관찰하는 실험은 아이의 과학적 호기심을 키우고, 자연에 대한 경외감을 심어주는 최고의 계절 활동이다. 이 글에서는 실험 준비물부터 실험 방법, 과학 원리, 결과 분석, 그리고 확장 활동까지 상세하게 소개한다. 겨울을 단지 추운 계절로 기억하지 않고, 가장 아름다운 과학 실험의 계절로 만들어 보자.