Gaia Data Release 1 Documentation release 0

(10
−6
arcseconds, 1 micro-arcsecond). In an ASCII-environment ‘µas’ is allowed to degenerate into
‘muas’.
• The unit of a Julian year is denoted as ‘year’, in line with Thompson & Taylor (2008), §5.1.1. In
theory, some confusion could arise when using ‘y’ instead of ‘year’. For instance the SI unit ‘Gy’
(Gray, for absorbed radiation dose) could be mis-interpreted as 10
9
years. To add to this confusion,
we note that the (‘temporarily accepted’) radiation unit ‘rad’ (not to be confused with radian) is
defined as ‘cGy’, i.e., centi-Gray. Although in the light of Gaia, this sort of confusion is generally
not expected, the unit ‘year’ should either be spelt out explicitly, or be abbreviated solely by ‘a’
(from Latin ‘annum’, following ISO and Section 8.1 of Thompson & Taylor (2008).
• The use of the phrase
/unit ‘micron’ to denote µm is not allowed; this unit should be denoted as ‘µm’
(or as ‘micrometer’ in full or ‘mum’ in abbreviation in an ASCII-environment).
• Note the distinction between a bit (b) and a byte (B, meaning eight bits). Thus: 1 kb denotes one
kilobit (10
3
bit) and 1 kB denotes one kilobyte (10
3
byte).
• Note the distinction between binary and decimal prefixes. For example, one kilobit (kb) denotes
10
3
= 1000 bit but one kibibit (Kib) denotes 2
10
= 1024 bit. The prefix kilobinary, or kibi or Ki,
means 2
10
. More examples of binary prefixes, e.g. Mi
=2
20
∼ 10
6
, Gi
=2
30
∼ 10
9
and a complete list
can be found here.
3.1.2.3
Acronyms
A very special set of conventions is a list of about 3000 acronyms and abbreviations used in the Gaia collaboration.
It is maintained in the internal “Glossary of acronyms”. The list of acronyms and abbreviations attached to this
documentation of the Gaia Data Release is a tailored excerpt of that glossary.
3.1.3
Reference systems and time scales
Author(s): Sergei Klioner
Gaia data processing is based on the rigorous relativistic definitions of reference systems including time scales as
their integral parts. All reference systems are defined in the framework of General Relativity theory by their respec-
tive metric tensors that can be found in the literature. A set of rigorous 4-dimensional relativistic transformations
ensures correct use of various coordinates and time scale as needed.
The primary reference system used in the data modelling is the Barycentric Celestial Reference System (BCRS;
So
ffel et al. 2003). The BCRS has its origin at the solar-system barycentre and its axes are aligned with the
ICRS. The time-like coordinate of the BCRS is TCB. The motions of Gaia and other solar-system objects are thus
described in terms of the space-like coordinates of the BCRS, x
i
(t), using TCB as the independent time variable
t
. In particular, Gaia makes use of the TCB-based solar system ephemeris INPOP10e (see Section 3.2.1.1). The
motions of all objects beyond the solar-system are also parametrized in terms of BCRS coordinates, but here
the independent time variable t should be understood as the time at which the event would be observed at the
solar-system barycentre, i.e. the time of observation corrected for the Rømer delay (Klioner 2003a, Sect.8). This
convention is necessitated by the in general poor knowledge of distances beyond the solar-system. The resulting
astrometric catalogue is also parametrized by TCB.
The Centre-of-Mass Reference System (CoMRS; Klioner 2004) is a physically adequate local (proper) reference
system for the Gaia spacecraft. The origin coincides with the centre of mass of the Gaia satellite. The CoMRS is
153

---

chosen to be kinematically non-rotating, that is, it is related to the BCRS by the generalized Lorentz transformation
without spatial rotation. The coordinate basis of the CoMRS at its origin coincides with a particular form of tetrad
co-moving with the observer. This means that the CoMRS description of observables coincides with the classical
tetrad representation in cases where a tetrad is su
fficient for modelling. However, the CoMRS is a complete
rigorously-defined 4-dimensional reference system suitable to describe local physical processes localized in the
body of Gaia satellite. Its coordinate time at the origin coincides with the proper time of Gaia — the reading
of ideal clock co-moving with the satellite. The CoMRS gives a relativistic definition of the Gaia attitude that
is defined as a Euclidean spatial rotation in the CoMRS coordinates. The CoMRS is also used in the relativistic
model of observations as well as in the model for the calibration of Gaia’s on-board clock.
The Geocentric Celestial Reference System (GCRS; So
ffel et al. 2003) is only used in Gaia for processing of
auxiliary time transfer data (time couples, see Section 3.1.6). In particular, the GCRS is used to compute the
BCRS position of the ESA ground stations at particular moments of time. The time scales related to GCRS (TCG,
TT, etc.) are also only used in the intermediate calculations related to the calibration of Gaia’s clock.
3.1.4
Standard model of stellar motion
Author(s): Lennart Lindegren
In the astrometric processing described in this chapter, the motions in the BCRS of all sources beyond the solar-
system (i.e., stars and extragalactic objects) are modelled using the ‘standard model of stellar motion’. This model
was also used in the construction of the Hipparcos Catalogue (ESA 1997, Volume 1, Section 1.2.8). The model
assumes that the source is moving with uniform velocity relative to the solar-system barycentre (SSB), and its
barycentric position b(t) is thus described by the linear model
b(t)
= b
ep
+ (t − t
ep
)v
(3.1)
with six parameters, namely the components in BCRS of b
ep
(unit: m) and v (unit: m s
−1
). t
ep
is the reference
epoch of the catalogue. The barycentric coordinate direction (unit vector) to the source at time t (in TCB) is then
¯
u
B
(t)
= b
ep
+ (t − t
ep
)v ,
(3.2)
where the angular brackets signify vector normalisation: a
= a|a|
−1
. Equation 3.2 ignores the finite speed of
light. In principle, the barycentric coordinate direction measured at time t corresponds to the barycentric position
of the source at the time t − |b|c
−1
, several (or many) years earlier. However, it would be highly impractical to take
this into account because the distance |b| is rarely known to su
fficient accuracy. The standard model is therefore
parametrised by quantities representing the position and motion of the source as they appear from the SSB at a
given time. Thus, the time argument in ¯
u
B
(t) must always be interpreted as the time of light arrival at the SSB, not
as the time of light emission from the source.
For similar reasons it would be highly impractical to use the rectangular components of b
ep
and v as the parameters
of the standard model. By convention, the six parameters of the standard model are instead defined as follows
(Klioner 2003a; Lindegren et al. 2012):
• The barycentric right ascension α and declination δ at the reference epoch are defined in terms of
the barycentric coordinate direction at the reference epoch, expressed in the BCRS as
¯
u
B
(t
ep
)
=










cos α cos δ
sin α cos δ
sin δ










.
(3.3)
154

---