Das abbildende Spektrometer VIMS ("Visual Infrared Mapping Spektrometer") wurde von einem internationalen Team, repräsentiert
durch die USA, Italien und Frankreich, entwickelt.
Das optische System von VIMS besteht aus zwei separaten Spektrometern.
VIMS-V wurde von der Italienischen Raumfahrtagentur
Agenzia Spaziale Italiana gebaut und operiert
im Spektralbereich des sichtbaren Lichts.
Das Infrarot-Spektrometer (VIMS-IR) wurde am JPL für die NASA entwickelt.
Funktionsweise von VIMS-V
Im Optischen leitet ein 4.5 cm Teleskop den Strahl zuerst durch einen Schlitz,
danach auf ein Beugungsgitter. Der Schlitz bestimmt das Gesichtsfeld und lässt
somit nur Licht entlang einer Linie in die Kamera gelangen. Das Beugungsgitter
besteht aus einem gerillten Spiegel, sodass das von einer Rille reflektierte Licht
mit dem Licht, das von einer anderen Rille reflektiert wurde, interferiert. Man
kann diesen Vorgang mit der Aufspaltung von Licht vergleichen, wie es beim
Durchgang durch ein Prisma geschieht. Das Licht wird schließlich auf einen
CCD-Chip (Charge-Coupled-Device) fokussiert. Dieser CCD Chip besteht aus einer
Anordnung von 256x512 bildgebenden Elementen, genannt Pixel, die jeweils die an
einem Pixel ankommende Anzahl von Photonen zählen. Es handelt sich bei CCDs um
dieselben Detektoren, wie sie in modernen Digitalkameras und Camcordern benutzt
werden.
Ein flächenhaftes Bild entsteht durch die Aufnahme mehrerer Zeilen hintereinander,
wobei ein Spiegel den Lichtstrahl so ablenkt, dass die jeweils nächste Zeile
direkt an die Gegend der ersten Aufnahme anschließt. Jede einzelne Aufnahme ist
also eine Zeile in y-Richtung, deren Licht in x-Richtung aufgespaltet wird und so
für jedes Pixel der Zeile ein Spektrum erzeugt. Zur Erinnerung: eine Zeile
setzt sich aus mehreren Pixeln zusammen. Nach einer einzelnen Aufnahme hat man
einen kleinen Streifen am Boden des beobachteten Objekts aufgenommen, dessen Licht
in 352 Kanäle aufgespaltet wurde. Erst die Aneinanderreihung mehrerer x-y Ebenen
erzeugt den dreidimensionalen "image cube" (Bildwürfel). Die dritte Dimension ist
also die zeitliche (Belichtungszeit) und positionelle (Spiegelschwenkung) Trennung
der einzelnen x-y Ebenen und wird mit dem Buchstaben t gekennzeichnet. Dieser "image
cube" birgt nun mehrere Vorteile gegenüber einem normalen, zweidimensionalen Bild.
Man bekommt zum einen für jeden Bildpunkt der Oberfläche des beobachteten Objekts
ein Spektrum in 352 Kanälen, zum anderen kann man auch durch Angabe des
gewünschten Kanals die Oberfläche in 352 Kanälen, also in 352 verschiedenen Farben
betrachten. Stellen Sie sich einen "image cube" als Stoß 352 übereinander gelegter
Brotscheiben vor. Sie können einfach den Stoß bei einer gewünschten Wellenlänge
(Brotscheibe) abheben und sehen so das Bild in einer anderen Wellenlänge.
Funktionsweise von VIMS-IR
Der infrarote Bereich von VIMS, VIMS-IR, ist dem Aufbau von VIMS-V sehr ähnlich,
besitzt allerdings nur einen eindimensionalen InSb (Indium Antimon,
Halbmetallverbindung) Detektor, also eine Reihe, bestehend aus 256 Pixeln. VIMS-IR
kann pro Aufnahme nur das Spektrum eines einzelnen Pixels gewinnen. Da die Oberfläche
des von VIMS-V beobachteten Objekts aber von beiden Kameras gleichzeitig
untersucht wird, muss VIMS-IR in der gleichen Zeit, in der VIMS-V eine ganze Zeile
mit 64 Pixeln aufnimmt, 64 Einzelbelichtungen durchführen. Um in so kurzer Zeit
genügend Licht sammeln zu können, kommt ein größeres Teleskop mit 23 cm Durchmesser
zum Einsatz.
Die Daten von VIMS-V und VIMS-IR werden von der Hauptelektronik des Instruments
eingelesen und zusammengestückelt, danach komprimiert und im Cassini Hauptcomputer
so lange zwischengespeichert, bis alle Daten zu einem späteren Zeitpunkt zur Erde
gefunkt werden.
