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フェルディナンド（別名ウラヌス XXIV、以前はS/2001 U 2）は、天王星の既知の衛星の中で最も外側に位置するものです。2001 年 8 月 13 日に、チリのセロ トロロ汎米天文台で、ダン ミリサヴリェヴィッチ、マシュー J. ホルマン、JJ カヴェラールス、トミー グラヴによって発見されました。ウィリアム シェイクスピアの戯曲『テンペスト』に登場する王子にちなんで名付けられたフェルディナンドは、天王星から平均2040万km (1270万マイル)の距離で公転しており、1 周回するのに地球時間で約 7.63 年かかります。逆行軌道を描いており、太陽の周りを公転する天王星の軌道とは逆方向に動きます。フェルディナンドはこれまで宇宙探査機による近接観測は行われていないが、望遠鏡による観測では、直径約20km（12マイル）の細長い形状をしており、自転周期は12時間または24時間であると示唆されている。
フェルディナンドは、2001年8月13日に天文学者のダン・ミリサヴリェヴィッチ、マシュー・J・ホルマン、JJ・カヴェラールス、トミー・グラヴによって発見されました。彼らは当時、天王星の遠方の衛星を探していました。[ 16 ] [ 17 ]発見時の観測は、チリのセロ・トロロ汎米天文台で、広視野カメラを搭載した4メートルのビクトル・M・ブランコ望遠鏡を使用して行われました。 [ 18 ] [ 17 ] : 475研究グループは、望遠鏡の画像からフェルディナンドと他の3つの天王星の衛星、フランシスコ、トリンキュロ、マーガレット[ d ]を特定しました。 [ 17 ] : 477画像は、天王星の動きに合わせて複数の露光画像を合成するシフトアンドアッド法を使用して処理されました。[ 17 ] : 477
フェルディナンドが天王星を周回しているかどうかを判断するために、研究グループはパロマー天文台の5.1 m (200インチ)ヘール望遠鏡を含む大型光学望遠鏡で再観測を試みた。[ 16 ] [ 17 ] : 477しかし、フェルディナンドを検出できたのは 2001 年 9 月 21 日のみで、その後の試みは、衛星が暗すぎて確実に検出できなかったため失敗に終わった。[ 16 ] [ 19 ] [ 17 ] : 477–478わずか 2 晩の観測では、フェルディナンドの軌道は決定できず、行方不明となった。[ 20 ] [ 19 ]
フェルディナンドは、2003年8月29日にスコット・S・シェパードとデビッド・C・ジュイットによって、マウナケア天文台の8.3メートル（27フィート）すばる望遠鏡で天王星の衛星を探査中に独自に再発見された。[ 20 ] [ 9 ]フェルディナンドが2001年にすでに発見されていたことを知らず、シェパードとジュイットは2003年9月20日にマウナケアのジェミニ北望遠鏡を使用して、明らかに新月の観測を続けた。 [ 18 ] [ 19 ] 9月24日、小惑星センターのブライアン・G・マースデンは、シェパードとジュイットがフェルディナンドを再発見したことを認識した。[ 19 ]ホルマンは9月30日にラス・カンパナス天文台からフェルディナンドを観測した後、マースデンの識別を確認し、小惑星センターはその日のうちに衛星の発見を発表した。[ 18 ] [ 19 ]
発見後数年間、フェルディナンドは観測が不十分で軌道も不確実だったため、再び失われる危険性があった。[ 21 ] : 3840 [ 8 ] : 12軌道の理解を深めるため、ロバート・A・ジェイコブソンとマリーナ・ブロゾヴィッチ率いるチームは、2009年から2011年にかけて、フェルディナンドと他のいくつかの観測が不十分な衛星を再観測するキャンペーンを実施した。[ 22 ]これらの観測後もフェルディナンドの軌道の不確実性は残ったものの、天王星の周りをゆっくりと公転しているため、次の世紀までに再び失われることはないだろうと考えられた。[ 22 ] : 5フェルディナンドは2021年9月8日まで観測されなかったが、[ 6 ]シェパードがすばる望遠鏡で天王星の衛星の探索を再開した。[ 5 ] 2026年現在フェルディナンドの観測期間は20.21年（7,383日）に及び、最後の観測記録は2021年10月30日である。[ 6 ]
フェルディナンドの発見が発表されたとき、小惑星センターによって一時的に「S/2001 U 2」という仮称が与えられた。 [ 18 ]その後、2005年12月29日に国際天文学連合の惑星系命名作業部会によって、天王星XXIVというローマ数字の名称が与えられた。 [ 23 ]この衛星は、ウィリアム・シェイクスピアの戯曲『テンペスト』に登場するナポリ王の息子フェルディナンドにちなんで名付けられた。[ 3 ] [ 2 ]
フェルディナンドは天王星の不規則衛星の1つで、天王星の規則衛星とは対照的に、広くて偏心した傾斜した軌道を描いています。 [ 8 ] : 1フェルディナンドのような不規則衛星は、太陽系の形成中に惑星に捕らえられたと考えられています。[ 3 ] [ 5 ]天王星の不規則衛星は、惑星から非常に遠いため、天王星の重力によって緩く束縛されており、そのため軌道は太陽や他の惑星による重力摂動の影響を受けやすくなっています。 [ 8 ] : 2このため、短期間で軌道が大きく変化するため、単純なケプラー楕円軌道では、長期的な軌道運動を正確に記述することはできません。[ 8 ]： 4その代わりに、不規則衛星の長期軌道をより正確に記述するために、固有軌道要素または平均軌道要素が用いられる。これは、長期間にわたる摂動軌道を平均化することによって計算されるためである。 [ 8 ]： 4
フェルディナンドは天王星の既知の衛星の中で最も外側の衛星であり、[ 3 ]平均軌道長半径は2040万km (1270万マイル、0.136 AU)、平均公転周期は7.63 年 (2,788 日)である。[ 7 ] [ 5 ] : 11その軌道は天王星のヒル半径の 29% を占めており、他の巨大惑星の最も外側の衛星が惑星のヒル半径の 50% 付近を公転していることを考えると、惑星の重力範囲の比較的小さな割合である。[ 5 ] : 2 [ e ]平均軌道離心率は 0.4、黄道面に対する平均傾斜角は 169° であるため、[ 7 ]フェルディナンドは逆行軌道を描いており、太陽の周りを回る惑星の軌道とは逆方向に動いている。[ 8 ]： 1
10,000 年の間に、フェルディナンドの軌道長半径は20.1 ～ 20.9百万km (12.5 ～ 13.0百万マイル、0.134 ～ 0.140 AU)に変化し、公転周期は7.44 ～ 7.89 年 (2,719 ～ 2,882 日)に変化します。[ 5 ] : 11フェルディナンドの離心率も 0.31 ～ 0.49 に変化し、黄道面に対する傾斜角は 167° ～ 172° に変化します。[ 5 ] : 11その軌道は、それぞれ 747 年と 1,001 年の周期で、近点歳差と昇交点歳差の両方を示します。 [ 7 ]フェルディナンドの軌道は、天王星最大の不規則衛星シコラックスに時折接近することを可能にし、その軌道に重力的な摂動を与える可能性がある。[ 24 ]
フェルディナンドが天王星の不規則衛星の衝突族に属するかどうかは不明である。 [ 24 ]もしフェルディナンドがそのような族の中で最大の現存するメンバーであったとしても、最初の衝突によって生じた破片のほとんどは、惑星から非常に遠いため、天王星の重力の影響を免れた可能性が高い。[ 9 ]： 522 2000年代の研究では、フェルディナンドは暫定的にシコラックス、セテボス、プロスペロとグループ化された。これら4つの衛星はすべて、軌道長半径が1600万km（990万マイル、0.11AU ）を超え、離心率が0.5を超える、遠く離れた非常に偏心した軌道を占めている。[ 9 ] : 523 [ 25 ] : 414シェパードと共同研究者らが主導した2005年の研究では、これらの衛星間の相対速度はシコラックスの脱出速度に匹敵すると指摘した。 80 m/s であり、これは親天体の衝突による破壊から共通の起源を持つ可能性を示唆している。[ 9 ] : 524しかし、マティヤ・チュクは2005年の博士論文で、シコラックスによる摂動がフェルディナンドの軌道を変えた可能性が高く、このグループへの包含に反対していると指摘した。[ 24 ] [ f ]
赤色光（Rバンド）では、フェルディナンドは見かけの等級25.1と非常に暗く見える。 [ 9 ]このため、大口径望遠鏡による長時間露光撮影でしか観測できない。[ 17 ]他の天王星の不規則衛星と同様に、フェルディナンドは水氷、含水ケイ酸塩、有機化合物からなる暗い表面を持つと予想されている。[ 3 ] [ 10 ] : 6ハーシェル宇宙望遠鏡による赤外線観測では、フェルディナンドからの有意な熱放射は検出されず、幾何アルベドが0.03より高く、直径が50 km（31 mi）より小さいことが示唆された。[ 13 ] : 7フェルディナンドが他の天王星の不規則衛星と同様に0.04という低いアルベドを持つと仮定すると、その明るさは直径が約20～21 km（12～13 mi）であることを示唆している。[ 9 ] [ 14 ]
フェルディナンドの明るさは自転に伴って周期的に変化するため、細長い形状をしていることが示唆される。[ 13 ] 2017年のケプラー観測では、明るさの変化が測定された。0.54 ± 0.09等級、[ 13 ]赤道半軸比( a / b ) が 1.6 より大きいことを示唆している。[ 11 ] [ 12 ]フェルディナンドの自転周期は、光度曲線が単峰性か二重峰性かによって異なるため、曖昧である。フェルディナンドの光度曲線が単峰性の場合、自転周期は11.84 ± 0.22 時間。[ 13 ]： 10光度曲線が二重ピークの場合、その自転周期は23.68 ± 0.50 時間で、単一ピーク周期の 2 倍である。[ 11 ] [ 12 ]いずれの場合も、フェルディナンドは、自転周期が既知の天王星の不規則衛星の中で最も自転が遅い。[ 13 ] [ 11 ]
フェルディナンドは宇宙探査機によって近距離から撮影されたことはありません。フェルディナンドを含む天王星の不規則衛星は、提案されている天王星周回探査機（UOP）の遠距離観測対象として計画されており、UOPは時間の経過に伴う明るさの変化を監視することで、天王星の不規則衛星の自転周期と形状を測定します。[ 12 ] [ 11 ]しかし、フェルディナンドは黄道面付近を公転していないため、UOPはフェルディナンドに接近してフライバイを行うことができない可能性があります。[ 11 ]