Adrenalin und Kosmische Hintergrundstrahlung: Unterschied zwischen den Seiten

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'''Adrenalin''' ({{laS|''ad''}} ‚an‘ und {{lang|la|''ren''}} ‚Niere‘) oder '''Epinephrin''' ist ein im [[Nebennierenmark]] gebildetes [[Hormon]], das zur Gruppe der  [[Katecholamin]]e gehört. Auch im [[Zentralnervensystem]] kommt Adrenalin vor, dort ist es als [[Neurotransmitter]] in adrenergen [[Neuronen|Nervenzellen]] vorhanden. Seine Effekte vermittelt Adrenalin über eine Aktivierung von [[G-Protein-gekoppelter Rezeptor|G-Protein-gekoppelten Rezeptor]]en, den [[Adrenozeptor]]en.
[[Datei:Ilc 9yr moll4096.png|mini|Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung, aufgenommen durch die Raumsonde [[Wilkinson Microwave Anisotropy Probe|WMAP]] (Mission 2001–2010)]]
[[Datei:COBE cmb fluctuations.png|mini|Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung, aufgenommen durch den Satelliten [[COBE]] (Mission 1989–1993)]]


Einmal ins Blut ausgeschüttet, vermittelt Adrenalin eine [[Herzfrequenz]]steigerung, einen durch Blutgefäßverengung bewirkten [[Blutdruck]]anstieg und eine [[Bronchialsystem|Bronchiolenerweiterung]].  Das Hormon bewirkt zudem eine schnelle Energiebereitstellung durch Fettabbau ([[Lipolyse]]) sowie die Freisetzung und [[Biosynthese]] von [[Glucose]]. Es reguliert die [[Durchblutung]] (Zentralisierung) und die [[Magen]]-[[Darm]]-Tätigkeit (Hemmung). Als [[Stresshormon]] ist es an der „[[Kampf-oder-Flucht-Reaktion|Flucht- oder Kampfreaktion (fight-or-flight response)]]“ beteiligt.
Die '''Hintergrundstrahlung,''' genauer '''kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung,''' englisch ''cosmic microwave background (CMB),'' ist eine das ganze Universum erfüllende [[isotrop]]e Strahlung im [[Mikrowellen]]bereich, die kurz nach dem [[Urknall]] entstanden ist. Sie hat eine herausragende Bedeutung für die physikalische [[Kosmologie]] und wird auch ''Drei-Kelvin-Strahlung'' (wegen der niedrigen [[Temperatur]] bzw. Energiedichte) genannt.


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Die kosmische Hintergrundstrahlung ist nicht zu verwechseln mit der [[Kosmische Strahlung|kosmischen Strahlung]].
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! Katecholamine (Vergleich)
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| [[Datei:Adrenalin - Adrenaline.svg|190px]] <br /> Adrenalin
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| [[Datei:Noradrenalin - Noradrenaline.svg|160px]] <br /> Noradrenalin
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== Begriffsdefinition ==
== Theorie ==
Eine häufig gebrauchte [[Synonym|Bezeichnung]] für Adrenalin (ursprünglich ein Markenname) ist '''Epinephrin''' ([[International Nonproprietary Name|INN]]) ({{grcS|ἐπί}} ''epí'' ‚auf‘ und {{lang|grc|νεφρός}} ''nephrós'' ‚Niere‘).
Die kosmische [[Mikrowellen]]strahlung stammt aus der Zeit etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall<ref>{{Literatur |Autor=C. L. Bennett, M. Halpern, G. Hinshaw, N. Jarosik, A. Kogut, M. Limon, S. S. Meyer, L. Page, D. N. Spergel, G. S. Tucker, E. Wollack, E. L. Wright, C. Barnes, M. R. Greason, R. S. Hill, E. Komatsu, M. R. Nolta, N. Odegard, H. V. Peirs, L. Verde, J. L. Weiland |Titel=First Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Preliminary Maps and Basic Results |Sammelwerk=Astrophys. J. Suppl. |Band=148 |Datum=2003 |Seiten=1–27 |arxiv=astro-ph/0302207 |DOI=10.1086/377253}}</ref> und gilt als Beleg für die [[Urknall]]theorie (Standardmodell). Vor diesem Zeitpunkt standen Strahlung und Materie im [[Thermisches Gleichgewicht|thermischen Gleichgewicht]].


Adrenalin besitzt ein Stereozentrum, somit existieren zwei [[Enantiomer]]e. Ist der Name „Adrenalin“ durch keinen [[Deskriptor]] näher gekennzeichnet, ist das natürlich vorkommende (''R'')-(–)-Adrenalin gemeint. (''S'')-(+)-Adrenalin hat dagegen praktisch keine Bedeutung.
Infolge der [[Expansion des Universums]] sanken mit der Zeit die Temperatur und die Dichte des gekoppelten Strahlung-Materie-Gemisches, bis schließlich bei einer Temperatur von etwa 3000&nbsp;[[Kelvin]] [[Proton]]en und [[Elektron]]en elektrisch neutralen [[Wasserstoff]] bilden konnten. Dies wird in der Physik als [[Rekombination (Physik)|Rekombination]] bezeichnet. Das Fehlen freier Elektronen und Protonen führte dazu, dass die Strahlung nicht mehr durch [[Thomson-Streuung]] von [[Photon]]en mit der Materie wechselwirken konnte&nbsp;– das Universum wurde „durchsichtig“.


== Entdeckungsgeschichte ==
Die weitergehende Expansion des Universums verursachte durch die Dehnung der Raumzeit auch eine Dehnung der Wellenlänge der vorhandenen Photonen, also eine [[Rotverschiebung]]. Wir beobachten daher diese Photonen heute als kosmische Hintergrundstrahlung im Mikrowellenbereich. Sie ist in jeder Richtung des Himmels auf normalen Skalen in etwa gleichförmig und nicht durch Überlagerung einzelner Quellen wie Galaxien entstanden.
{{Hauptartikel|Geschichte der Catecholaminforschung}}


Den ersten Hinweis auf eine im Nebennierenmark vorkommende und von dort in die Blutbahn freigesetzte Substanz, die  sich mit [[Eisen(III)-chlorid]] anfärben ließ, fand 1856 der französische Physiologe [[Alfred Vulpian]]. Dass diese Substanz außerordentliche pharmakologische Eigenschaften besitzen musste, stellten 1893/94 der praktizierende Arzt [[George Oliver (Mediziner)|George Oliver]] und der Physiologe [[Edward Albert Sharpey-Schafer|Edward Albert Schäfer]] fest. Dasselbe gelang 1894 dem Krakauer Physiologen [[Napoleon Cybulski]] mit seinem Assistenten [[Władysław Szymonowicz]]. 1896 publizierte der Augenarzt [[William Bates (Augenarzt)|William Bates]] seine Beobachtungen.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.central-fixation.com/bates-medical-articles/use-of-extract-of-suprarenal-capsule.php |autor=William H. Bates|titel=The Use of Extract of Suprarenal Capsule in the Eye |datum=1896 |seiten=647–650 |hrsg=New York Medical Journal |zugriff=2018-08-29}}</ref>
Die Strahlung hat als Folge des thermischen Gleichgewichts vor der Rekombination das fast perfekte Intensitätsspektrum eines [[Schwarzer Körper|schwarzen Körpers]] (auch Schwarzkörperstrahlung genannt) mit einer Temperatur von heute 2,725&nbsp;(±&nbsp;0,002)&nbsp;Kelvin.<ref>Kenneth R. Lang: ''A Companion to Astronomy and Astrophysics. Chronology and Glossary with Data Tables.'' Springer, 2006, S. 242.</ref>


[[John Jacob Abel]] stellte 1897 bzw. 1900<ref name=":0" /> die noch unreine Substanz dar und gab ihr den Namen „Epinephrin“. Inspiriert durch seine Arbeiten isolierten [[Jokichi Takamine]] und [[Thomas Bell Aldrich]] (1861–1938) 1901 diese und ließen sie von der Firma Parke, Davis & Co. unter dem Namen „Adrenalin“ vertreiben.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=[[Wolf-Dieter Müller-Jahncke]], [[Christoph Friedrich (Pharmaziehistoriker)|Christoph Friedrich]], Ulrich Meyer |Hrsg= |Titel=Arzneimittelgeschichte |Auflage=2., überarb. und erw. Aufl |Verlag=Wiss. Verl.-Ges |Ort=Stuttgart |Datum=2005 |ISBN=978-3-8047-2113-5 |Seiten=166}}</ref> Obgleich Abels Epinephrin sich später als ein [[Artefakt (Diagnostik)|Artefakt]] der Isolierung herausstellte, wird der Name Epinephrin bis heute synonym für Adrenalin gebraucht.<ref>John J. Abel: ''Ueber den blutdruckerregenden Bestandtheil der Nebenniere, das Epinephrin.'' In: ''[[Hoppe-Seyler's Zeitschrift für physiologische Chemie]].'' 28, 1899, S.&nbsp;318–362, [[doi:10.1515/bchm2.1899.28.3-4.318]].</ref><ref>Jeffrey K Aronson: ''„Where name and image meet“. – The argument for „adrenaline“.'' In: ''[[British Medical Journal]].'' Bd. 320, 2000, S.&nbsp;506–509, PMID 10678871, [[doi:10.1136/bmj.320.7233.506]].</ref>
Die Rotverschiebung der Hintergrundstrahlung beträgt ''z''&nbsp;=&nbsp;1089&nbsp;±&nbsp;0,1, und jeder Kubikzentimeter des Vakuums des Weltraums enthält durchschnittlich 400 Photonen der Hintergrundstrahlung.


1904 folgte die chemische Synthese.<ref>{{cite journal |author=[[Friedrich Stolz]] |title=Ueber Adrenalin und Alkylaminoacetobrenzkatechin |journal=Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft |year=1904 |volume=Bd. 37 |pages=4149–4154}}</ref> 1908 gelang [[Fritz Flaecher]] (1876–1938) die Trennung des [[Racemat]]s in die beiden [[Enantiomer]]e, wobei die wirksamere L-Form unter dem Namen ''Suprarenin'' auf den Markt gebracht wurde. 1919 führte [[Reinhard von den Velden]] (1880–1941) die erste [[intrakardial]]e Adrenalin-Injektion durch.<ref name=":0" /><ref>Reinhard von den Velden, ''Die intrakardiale injection'', [[MMW-Fortschritte der Medizin|Münchner Medizinische Wochenschrift]] (1919) 66: 274−275.</ref>
== Geschichte ==
[[Datei:Bell Labs Horn Antenna Crawford Hill NJ.jpg|mini|hochkant=1.5|[[Hornstrahler]]-Antenne der „[[Bell Laboratories|Bell Labs’]]“ in [[Holmdel]], [[New Jersey]] (USA), wo 1964 die vorhergesagte Mikrowellenstrahlung als Störsignal empfangen wurde]]
Eine Strahlung aus dem intergalaktischen Raum mit 2,8&nbsp;K wurde bereits 1933 von [[Erich Regener]] vorhergesagt.<ref>E. Regener: ''[http://www.wolff.ch/astro/All-Temperatur_Regener.pdf Der Energiestrom der Ultrastrahlung.]'' (PDF; 166&nbsp;kB, PDF). Bei: ''wolff.ch.'' In: ''Zeitschrift für Physik.'' 80, 9–10, 1933, S. 666–669.<br />Zur weiteren Vorgeschichte siehe z.&nbsp;B. A. K. T. Assis, M. C. D. Neves: ''[http://redshift.vif.com/JournalFiles/Pre2001/V02NO3PDF/V02N3ASS.PDF History of the 2.7&nbsp;K Temperature Prior to Penzias and Wilson.]'' (PDF; 94,4&nbsp;kB).</ref>


Adrenalin war das erste Hormon, das rein hergestellt und dessen Struktur bestimmt wurde. Die weitere Adrenalinforschung führte zu den beiden anderen körpereigenen [[Catecholamine]]n [[Noradrenalin]] und [[Dopamin]].
Als Folge eines Urknalls wurde sie erst in den 1940ern von [[George Gamow]], [[Ralph Alpher]] und [[Robert Herman]] mit höheren Werten postuliert. Die Entdeckung erfolgte aber zufällig 1964 durch [[Arno Penzias]] und [[Robert Woodrow Wilson]] beim Test einer neuen empfindlichen Antenne, die für Experimente mit künstlichen Erdsatelliten gebaut worden war. In derselben Ausgabe des [[Astrophysical Journal]], in der Penzias und Wilson ihre Ergebnisse veröffentlichten, interpretierten [[Robert Henry Dicke]] u.&nbsp;a. die Entdeckung bereits als kosmische Schwarzkörperstrahlung, in einer Arbeit, in der sie ihrerseits die Vorbereitung eines ähnlichen Experiments (bei anderen Wellenlängen) bekanntgaben, bei dem ihnen Penzias und Wilson zuvorgekommen waren. Penzias und Wilson erhielten für diese Entdeckung 1978 den [[Physiknobelpreis]].<ref>{{cite web |url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1978/penzias-lecture.html |title=The Origin of Elements, Nobel Lecture |accessdate=2009-12-11 |date=1978-12-08 |author=Arno Penzias |language=English |publisher=Nobel Foundation}}</ref><ref>{{cite web |url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1978/wilson-lecture.html |title=The Cosmic Microwave Background adiation, Nobel Lecture |accessdate=2009-12-11 |date=1978-12-08 |author=Robert Woodrow Wilson |language=English |publisher=Nobel Foundation}}</ref>


== Biosynthese und Abbau ==
Hinweise auf die Hintergrundstrahlung fand schon [[Andrew McKellar]] 1940/1941<ref>McKellar: Publ. Astron. Soc. Pacific, Band 52, 1940, S. 187, Band 53, 1941, S. 233, Publ. Dom. Astrophys. Observ., Band 7, 1941, Nr. 15, S. 251.</ref> am [[Mount-Wilson-Observatorium]], indem er die Temperatur des Rotationsspektrums von CN-Molekülen im interstellaren Medium bestimmte. Seine Entdeckung fand sogar ihren Weg in das bekannte Lehrbuch ''Spectra of diatomic molecules'' (1950) von [[Gerhard Herzberg]],<ref>Dort S. 496. Er schrieb: „From the intensity ratio of the CN lines with K&nbsp;=&nbsp;0 and K&nbsp;=&nbsp;1 a rotational temperature of 2.3&nbsp;K follows, which has of course only a very restricted meaning.“</ref> die Tragweite der Entdeckung erkannten aber beide nicht.<ref>Paul A. Feldman: [http://www.casca.ca/ecass/issues/1999-JS/feldman2.html ''Interstellar Molecules from a Canadian Perspective. Part I: The Early Years.'']</ref>
=== Biosynthese ===
Die Biosynthese von Adrenalin geht von den α-[[Aminosäure]]n <small>L</small>-[[Tyrosin]] oder <small>L</small>-[[Phenylalanin]] aus. Diese werden zu [[Levodopa|L-DOPA]] hydroxyliert. Nach einer [[Decarboxylierung]] zum biologisch aktiven Dopamin erfolgt eine enantioselektive [[Hydroxylierung]] zum Noradrenalin, welches ebenfalls aus dem Nebennierenmark freigesetzt werden kann und darüber hinaus als Transmitter in [[Sympathikus|sympathischen]] Neuronen fungiert. Die ''N''-Methylierung von Noradrenalin liefert schließlich das Adrenalin.
Die normale [[Konzentration (Chemie)|Konzentration]] von Adrenalin im Blut liegt unter 100&nbsp;ng/l (etwa 500 pmol/l).


[[Datei:Adrenalin (Biosynthese).png|mini|500px|zentriert|Biosynthese des Adrenalins: Ausschnitt aus dem Phenylalanin-Tyrosin-Stoffwechsel]]
Auch in der UdSSR wurde von A. Doroshkevich und [[Igor Dmitrijewitsch Nowikow]] 1964 ein Vorschlag zur Beobachtung der Reliktstrahlung gemacht.<ref>Doroshkevich, Novikov. In: ''Doklady Akad. Nauka USSR.'' Band 154, 1964, S. 809. Die Geschichte ist auch von Igor Nowikow, Dmitri Nowikow und Pavel Naselsky in ihrem Buch ''Physics of the Cosmic Microwave Background,'' Cambridge University Press 2006, diskutiert, insbesondere weisen sie die in Penzias’ Nobelvortrag publizierte Meinung zurück, in dem Aufsatz wäre der CMB aufgrund 1961 publizierter Messungen von Ohm ausgeschlossen worden.</ref>


=== Regulation der Biosynthese ===
== Messungen ==
Die Biosynthese und die Freisetzung von Adrenalin kann durch nervale Reize, durch Hormone oder durch Medikamente gesteuert werden. Nervale Reizung fördert die Umwandlung von <small>L</small>-Tyrosin zu <small>L</small>-Dopa und von Dopamin zu Noradrenalin. [[Cortisol]], das Hormon der [[Nebennierenrinde]], fördert die nachfolgende Umwandlung von Noradrenalin zu Adrenalin.
[[Datei:Cmbr.svg|mini|hochkant=1.5|Durch den Satelliten COBE gemessenes Spektrum (Intensität als Funktion der [[Wellenzahl]]) der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, ein Planck-Spektrum mit der Temperatur {{nowrap|1=T = 2,725 K.}} Die [[Messfehler|Fehlerbalken]] der Datenpunkte sind zu klein,<ref>[https://lambda.gsfc.nasa.gov/data/cobe/firas/monopole_spec/firas_monopole_spec_v1.txt Originaldaten des FIRAS Teams.]</ref> um von einem Bildschirm dargestellt werden zu können, wesentlich größere Fehlerbalken wurden eingefügt um die Messpunkte sichtbar zu machen.<ref>Fixsen u.&nbsp;a.: ''The Cosmic Microwave Background Spectrum from the Full COBE FIRAS Data Sets.'' Astrophysical Journal, 473, 576. 1996.</ref>]]


Die Adrenalinproduktion kann auch durch einen negativen Feedback-Mechanismus reguliert werden. Ansteigende Adrenalinspiegel sind mit der <small>L</small>-Tyrosin-Bildung negativ [[Rückkopplung|rückgekoppelt]], bei erhöhten Adrenalinspiegeln wird also die <small>L</small>-Tyrosin-Bildung gebremst.
Bei den Experimenten von Penzias und Wilson wurde nur auf einer Frequenz gemessen, weshalb in den folgenden Jahren weitere Messungen auf anderen Frequenzen durchgeführt wurden. Dadurch konnte bestätigt werden, dass es sich bei der Strahlung tatsächlich um [[Schwarzkörperstrahlung]] handelt. Diese Art der Strahlung hat den typisch glockenförmigen Intensitätsverlauf, der im Bild rechts dargestellt ist. Da die erdgebundenen Beobachtungsmöglichkeiten im Mikrowellenbereich aufgrund der atmosphärischen Absorption eingeschränkt sind, wurde die Satellitenmission [[COBE]] ins Leben gerufen.
* Mit hochempfindlichen Mikrowellenempfängern wurde die Rauschspannung auf möglichst vielen Frequenzen aus möglichst vielen Richtungen gemessen.
* Wegen des breiten Frequenzbandes mussten unterschiedliche Antennen und Empfänger eingesetzt werden. Also waren Normierungen und Umrechnungen auf absolute Empfangsleistung erforderlich.
* Ziel war, ''nur'' Daten zur schwachen Hintergrundstrahlung zu erhalten. Deshalb musste das Strahlungsverhalten aller bekannten und teilweise sehr intensiven Vordergrundquellen wie [[Krebsnebel]] oder andere [[Supernovaüberrest]]e für alle Frequenzen modelliert und subtrahiert werden.
* Die verbleibenden Messwerte zeigen ein auffallendes Dipolmuster: Das Maximum der Strahlung aus einer ganz bestimmten Richtung (ungefähr entgegengesetzt der momentanen Rotationsrichtung des Sonnensystems in der Milchstraße) ist deutlich blauverschoben, in entgegengesetzter Richtung rotverschoben ([[Dopplereffekt]]). Das wird damit erklärt, dass sich unser [[Sonnensystem]] mit etwa 369&nbsp;km/s gegenüber einem Bezugssystem bewegt, in dem die Strahlung isotrop ist.<ref>{{Literatur |Autor=G. Hinshaw u.&nbsp;a. |Titel=Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Data Processing, Sky Maps, and Basic Results |Sammelwerk=The Astrophysical Journal Supplement Series |Band=180 |Datum=2008-10-17 |Seiten=225–245 |arxiv=0803.0732 |DOI=10.1088/0067-0049/180/2/225}}</ref>
* Dieses Dipolmuster wird subtrahiert und die mehrfach modifizierten Messwerte wurden als Funktion der Wellenlänge aufgetragen (siehe rechtes Bild).
* Mit der Formel des [[Plancksches Strahlungsgesetz|Planckschen Strahlungsgesetzes]] wurden Modellkurven für unterschiedliche Temperaturen berechnet und in das gleiche Diagramm eingezeichnet.
* Die Modellkurve für 2,725&nbsp;K ist diejenige, die (im Sinne der [[Methode der kleinsten Quadrate|kleinsten Fehlerquadrate]]) am besten zu den Messpunkten passt.


=== Abbau ===
== Anisotropien im Mikrowellenhintergrund {{Anker|Anisotropie}} ==
Adrenalin wird nach seiner Freisetzung relativ schnell wieder abgebaut. So beträgt die [[Plasmahalbwertszeit]] von Adrenalin bei intravenöser Gabe nur eine bis drei Minuten. Am Abbau von Adrenalin sind insbesondere die Enzyme [[Catechol-O-Methyltransferase]] (COMT) und [[Monoaminooxidase]] (MAO) beteiligt. Das durch O-Methylierung (COMT) gebildete primäre Abbauprodukt Metanephrin (siehe [[Metanephrine]]) besitzt bereits keine nennenswerte biologische Aktivität mehr. Durch weitere, insbesondere oxidative Stoffwechselprozesse unter Beteiligung der Monoaminooxidase ist eine [[Stoffwechsel|Metabolisierung]] zu [[Vanillinmandelsäure]] und 3-Methoxy-4-hydroxyphenylethylenglykol (MOPEG) möglich. Diese Stoffwechselprodukte werden in [[Konjugation (Biochemie)|konjugierter]] (z.&nbsp;B. als [[Sulfat]]e) und unkonjugierter Form über den [[Urin]] ausgeschieden. Der zuverlässige qualitative und quantitative Nachweis aller Metabolite gelingt durch die Kopplung verschiedener chromatographischer Verfahren.<ref>H. U. Melchert, H. Hoffmeister: ''Determination of the urinary metabolites hydroxyindole-acetic acid, vanillyl mandelic acid and homovanillic acid by means of lipophilic gel chromatography and gas chromatography.'' In: ''Journal of Clinical Chemistry and Clinical Biochemistry.'' Band 15(2). 1977. Deutsch. PMID 845547. S. 81–87.</ref>
[[Datei:WMAP TT power spectrum.png|mini|hochkant=1.5|[[Frequenzspektrum|Leistungsspektrum]] der Temperaturschwankungen der kosmischen Hintergrundstrahlung]]
[[Datei:Adrenalin (Metabolisierung).png|mini|480px|zentriert|Metabolisierung des Adrenalins]]


== Wirkungen ==
Die Temperatur des Mikrowellenhintergrundes ist über den gesamten Himmel sehr gleichförmig ([[Isotropie|isotrop]]). Die stärkste Abhängigkeit von der Beobachtungsrichtung beträgt nur etwa 0,1 % und entsteht aufgrund der Bewegung der Milchstraße (und damit der Erde) relativ zum Mikrowellenhintergrund. Photonen, die aus der Bewegungsrichtung kommen, sind durch den [[Dopplereffekt]] blauverschoben und die Temperatur der Hintergrundstrahlung ist in dieser Richtung erhöht. Photonen aus der Gegenrichtung sind entsprechend rotverschoben, die Hintergrundstrahlung erscheint kühler. Es ergibt sich somit eine [[Dipolanisotropie]] der Temperaturverteilung. Mit diesem in der Astronomie üblichen Verfahren ist es auch möglich, die Eigenbewegung im Raum gegenüber der Hintergrundstrahlung zu bestimmen.
Adrenalin ist ein Stresshormon und schafft als solches die Voraussetzungen für die rasche Bereitstellung von Energiereserven, die in gefährlichen Situationen das Überleben sichern sollen ([[Fight-or-flight|Kampf oder Flucht]]). Diese Effekte werden auf subzellularer Ebene durch Aktivierung der [[G-Protein]]-gekoppelten Adrenorezeptoren vermittelt.


=== Herz-Kreislauf-System ===
Die Temperaturschwankungen auf kleineren Winkelskalen können in primäre und sekundäre Anisotropien unterteilt werden. Unter primären Anisotropien versteht man Anisotropien durch Effekte, die zum Zeitpunkt der Entstehung der Strahlung wirkten, während man unter sekundären Anisotropien erst später auf dem Weg der Photonen durch das Weltall entstandene Effekte versteht.
Von besonderer Wichtigkeit ist die Wirkung von Adrenalin auf das Herz-Kreislauf-System. Hierzu zählt u.&nbsp;a. der Anstieg des zentralen Blutvolumens, der durch [[Vasokonstriktion|Kontraktion]] kleiner [[Blutgefäß]]e, insbesondere in der [[Haut]] und in den [[Niere]]n, über die Aktivierung von [[Alpha-1-Adrenozeptor|α<sub>1</sub>-Adrenozeptoren]] geschieht. Zugleich wird eine [[Beta-Adrenozeptor|β<sub>2</sub>-Adrenozeptor]]-vermittelte [[Vasodilatation|Erweiterung]] zentraler und [[Muskulatur|muskelversorgender]] Blutgefäße beobachtet.


Die Aktivierung von [[Β1-Adrenozeptor|β<sub>1</sub>-Adrenozeptoren]] führt zu einer erhöhten Herzfrequenz (positiv [[Chronotropie|chronotrope]] Wirkung), einer beschleunigten Erregungsleitung (positiv [[Dromotropie|dromotrope]] Wirkung), einer erhöhten Kontraktilität (positiv [[Inotropie|inotrope]] Wirkung) und einer Senkung der Reizschwelle (positiv [[Bathmotropie|bathmotrope]] Wirkung). Diese Effekte verbessern die Herzleistung und tragen mit der Konstriktion kleiner Blutgefäße zur Erhöhung des Blutdrucks bei. Nach Vorbehandlung mit [[Alpha-Blocker]]n führt Adrenalin jedoch zu einer paradoxen, therapeutisch genutzten Senkung des Blutdrucks ([[Adrenalinumkehr]]). Auch sehr niedrige Adrenalindosen (< 0,1&nbsp;µg/kg) können eine leichte Senkung des Blutdrucks bewirken, die mit einer selektiven Aktivierung von β<sub>2</sub>-Adrenozeptoren der Blutgefäße erklärt wird.<ref name="Hoffman">B. B. Hoffman, R. J. Lefkowitz: ''Catecholamines, sympathomimetic drugs, and adrenergic receptor antagonists.'' In: Louis S. Goodman, [[Alfred G. Gilman]]: ''The pharmacological basis of therapeutics.'' 10th edition. McGraw-Hill, New York NY u. a. 2001, ISBN 0-07-135469-7, S.&nbsp;215–268.</ref>
Zu den wichtigsten Effekten der primären Anisotropien gehören:
* Der [[Sachs-Wolfe-Effekt]]: Strahlung, die aus überdichten Regionen entweicht, erfährt eine [[Gravitationsrotverschiebung]], sodass die Hintergrundstrahlung in der entsprechenden Richtung eine geringfügig niedrigere Temperatur hat, andererseits wird dieser Effekt dadurch teilweise kompensiert, dass die Gravitation zu einer Zeitdilatation führt. Daher stammen die Photonen der dichteren Regionen aus einer geringfügig früheren Zeit, zu der das Universum noch heißer war. Beide Effekte werden gemeinsam durch den Sachs-Wolfe-Effekt beschrieben.<ref name="Schneider">Peter Schneider: ''Extragalaktische Astronomie und Kosmologie.'' Springer, 2008.</ref>
* Die Dichteschwankungen im frühen Universum führen zu sogenannten Pekuliargeschwindigkeiten. Das sind Geschwindigkeiten der Materie, die zusätzlich zur Geschwindigkeit der Expansion des Raumes auftreten. Die Elektronen, mit denen die Photonen das letzte Mal streuen, haben also eine von der Dichte abhängige zusätzliche Geschwindigkeitskomponente.<ref name="Schneider" />
* Wird in einem kleinen Gebiet die [[Baryon]]endichte erhöht, werden die Baryonen adiabatisch komprimiert und dadurch heißer. Da die Baryonen mit den Photonen im thermischen Gleichgewicht stehen, werden somit auch die Photonen energiereicher.<ref name="Schneider" />
Zu den sekundären Anisotropien gehören insbesondere:
* Es gibt freie Elektronen im Universum, an denen die Photonen streuen können. Da die Thomson-Streuung weitgehend isotrop ist, ist die Richtung des Photons nach der Streuung weitgehend unabhängig von seiner Richtung vor der Streuung. Die gestreuten Photonen tragen keine Information über die Fluktuationen des CMB mehr. Dadurch werden die Anisotropien teilweise ausgewaschen.<ref name="Schneider" />
* Beim Durchlaufen des Universums durchqueren die Photonen eine Reihe von [[Potentialtopf|Potentialtöpfen]] der Strukturen des Universums (zum Beispiel durch [[Galaxie]]n, [[Galaxienhaufen]] etc.). Dabei erhalten sie immer einmal eine [[gravitative Blauverschiebung]] und dann wieder eine Rotverschiebung. Da sich das Gesamtgravitationspotential des Universums im Laufe der Zeit ändert, heben sich die Effekte nicht vollständig auf. Man bezeichnet dies als Integrierten Sachs-Wolfe-Effekt.
* Außerdem werden die Photonen beim Durchlaufen der Potentialtöpfe abgelenkt. Der Winkel, unter dem wir die Photonen beobachten, entspricht also nicht genau ihrer Position zum Zeitpunkt der Rekombination&nbsp;– dadurch werden die Anisotropien auf kleinen Winkelskalen verschmiert.<ref name="Schneider" />
* An den Elektronen des heißen Gases von Galaxienhaufen können Photonen streuen. Durch die Streuung ändert sich die Energie der Photonen ein wenig: Sie haben nach der Compton-Streuung im Mittel eine höhere Frequenz. Dadurch wird die Zahl der hochfrequenten Photonen relativ zum [[Planckspektrum]] erhöht, während die Zahl der niederfrequenten Photonen erniedrigt wird. Dies nennt man den [[Sunjajew-Seldowitsch-Effekt]].<ref name="Schneider" />


Chronisch erhöhte Adrenalinspiegel werden mit einer [[Hypertrophie]] des Herzens in Verbindung gebracht.
Die statistischen Eigenschaften der Dichteverteilung zum Zeitpunkt der Rekombination –&nbsp;und somit die primären Anisotropien&nbsp;– lassen sich im Rahmen der relativistischen Kosmologie als Funktion weniger kosmologischer [[Dichteparameter|Parameter]] genau modellieren. Auch die sekundären Anisotropien lassen sich entweder herausrechnen oder bei der Modellierung berücksichtigen. Daher kann man –&nbsp;in Abhängigkeit von den kosmologischen Parametern&nbsp;– Vorhersagen über die Temperaturverteilung machen, insbesondere über das Winkelleistungsspektrum (siehe Abbildung). Vergleicht man dies mit dem gemessenen Winkelleistungsspektrum, so kann man die kosmologischen Parameter bestimmen.


=== Glatte Muskulatur, Atmung, Magen-Darm-Trakt, Harnblase ===
Die Entdeckung dieser schwachen Temperaturschwankungen (ca. 0,001 %) in kleineren Bereichen durch den Satelliten [[COBE]] im Jahr 1993 war ein Durchbruch in der Beobachtung des frühen Universums. Die Messung der Stärke dieser Schwankungen machte deutlich, dass die Materie zum Zeitpunkt der Rekombination außerordentlich homogen verteilt war. Weitere Untersuchungen durch bodengebundene Experimente, Ballonteleskope und besonders die Raumsonden [[Wilkinson Microwave Anisotropy Probe|WMAP]] und [[Planck-Weltraumteleskop|Planck]] haben die Stärke dieser Temperaturschwankungen in Abhängigkeit von ihrer Winkelausdehnung am Himmel noch wesentlich besser charakterisiert. Die gute Übereinstimmung der gemessenen Eigenschaften des Mikrowellenhintergrundes mit den theoretischen Vorhersagen stellt einen der herausragenden Belege für die Gültigkeit der Urknalltheorie dar. Die Messung der Parameter dieser Theorie favorisiert das [[Lambda-CDM-Modell]].
Neben der oben genannten Funktion auf das Herz-Kreislauf-System ist die Steigerung der Atmung und eine vorübergehende Inaktivierung nicht benötigter Prozesse, z.&nbsp;B. der Verdauung, im Rahmen der Stresshormonfunktion des Adrenalins von Bedeutung. Adrenalin führt über eine Aktivierung von β-Adrenozeptoren zu einer Erschlaffung der [[Glatte Muskulatur|glatten Muskulatur]]. Dies hat beispielsweise eine Ruhigstellung des [[Magen-Darm-Trakt]]s (Hemmung der [[Peristaltik]]) und eine Erweiterung der Bronchien zur Erleichterung der Atmung als Folge (β<sub>2</sub>-Adrenozeptoren). Ebenfalls über β<sub>2</sub>-Adrenozeptoren kann Adrenalin eine Relaxation des [[Uterus]] von Schwangeren bewirken. Andererseits kann Adrenalin in Organen, die vorwiegend α<sub>1</sub>-Adrenozeptoren exprimieren, eine Kontraktion der glatten Muskulatur vermitteln. So führt Adrenalin zu einer Kontraktion des [[Schließmuskel]]s der [[Harnblase]].


=== Mobilisierung von Energiereserven ===
Von August 2009 bis Februar 2012 vermaß die europäische Raumsonde [[Planck-Weltraumteleskop|Planck]] die Strahlung mit noch dreifach höherer Auflösung, bei besserer Ausblendung von Störstrahlung.<ref>[http://www.esa.int/esaCP/SEMXWNMXDXG_index_0.html Pressemitteilung der ESA (englisch),], abgerufen am 6. Februar 2012.</ref><ref>''[http://www.weltderphysik.de/gebiet/astro/news/2012/planck-vollendet-kartierung-des-mikrowellenhintergrunds/ Welt der Physik.]'' Abgerufen am 6. Februar 2012.</ref> Die Temperaturschwankungen gehören zu den zurzeit wichtigsten Messgrößen der [[Kosmologie]] und der Theorien zur Bildung von Strukturen im frühen Universum.
Die Freisetzung von Adrenalin aus der Nebenniere führt zu einer Mobilisierung von körpereigenen Energieträgern durch Steigerung des Fettabbaus (Lipolyse). Diese Lipolyse wird durch eine β-Adrenozeptor-vermittelte (vorwiegend β<sub>3</sub>-Adrenozeptoren) Aktivierung der [[Hormonsensitive Lipase|hormonsensitiven Lipase]] katalysiert. Ebenso führt ein Anstieg des Adrenalinspiegels zu einer Freisetzung und Neubildung von Glucose und damit zu einem Anstieg des [[Blutzucker]]spiegels (β<sub>2</sub>-Adrenozeptoren). Dieser Effekt wird durch [[Alpha-2-Adrenozeptor|α<sub>2</sub>-Adrenozeptor]]-vermittelte Hemmung der [[Insulin]]produktionen und die β-Adrenozeptor-vermittelte Freisetzung von [[Glucagon]] verstärkt. Im Muskel kommt es durch Adrenalin zu verstärkter Glucose-Aufnahme. Adrenalin führt ebenfalls zu einer Erhöhung des [[Energieumsatz]]es (vorwiegend β<sub>2</sub>-Adrenozeptoren).<ref name="Hoffman" />


=== Zentralnervensystem ===
== Neue Fragen ==
Beobachtete zentralnervöse Effekte als Stresshormon werden als reflektorisch angesehen, da in der Nebenniere gebildetes Adrenalin die [[Blut-Hirn-Schranke]] nicht passieren kann. Ungeachtet dessen konnte in einigen Neuronen des Zentralnervensystems vor Ort produziertes Adrenalin als Neurotransmitter nachgewiesen werden. Diese Neurone kommen insbesondere in der [[Area reticularis superficialis ventrolateralis]] vor. Die Funktion dieser adrenergen Neurone ist noch nicht genau bekannt, jedoch wird eine Rolle bei der zentralen Blutdruckregulation und beim [[Barorezeptor]]reflex diskutiert.<ref>R. W. Fuller: ''Pharmacology of brain epinephrine neurons.'' In: ''[[Annual Review of Pharmacology and Toxicology]].'' Bd. 22, 1982, S.&nbsp;31–55, PMID 6805416, [[doi:10.1146/annurev.pa.22.040182.000335]].</ref>
Trotz der generell ausgezeichneten Übereinstimmung der gemessenen Eigenschaften des kosmischen Mikrowellenhintergrunds mit den theoretischen Vorhersagen gibt es einige Aspekte in den Daten, die nicht vollständig verstanden sind und zu anhaltenden Diskussionen führten. So sind einige der niedrigsten Momente in der Winkelverteilung der Temperatur niedriger als vorhergesagt. Die gemessenen Extremwerte der Hintergrundstrahlung verlaufen fast senkrecht zur [[Ekliptik]] des Sonnensystems, wobei die Abweichung von der Senkrechten sich im Rahmen der Messungenauigkeiten bewegt. Darüber hinaus gibt es eine deutliche Nord-Süd-Asymmetrie mit einem Maximum im Norden.<ref>{{cite journal
Das zentrale Nervensystem nimmt den Stressor wahr, daraufhin wird der Hypothalamus aktiv und aktiviert den Sympathicus. Dessen anregende Wirkung auf das Nebennierenmark bewirkt dessen Ausschüttung von Adrenalin und Noradrenalin.
| last=de Oliveira-Costa |first=A. |coauthors=u.&nbsp;a.
| year=2004
| title = The significance of the largest scale CMB fluctuations in WMAP
| journal = [[Physical Review D]]
| volume = 69 | pages=063516
| doi = 10.1103/PhysRevD.69.063516
| arxiv = astro-ph/0307282
}}</ref><ref>{{cite journal
| last=Schwarz |first=D. J. |coauthors=u.&nbsp;a.
| year=2004
| title = Is the low-''l'' microwave background cosmic?
| journal=[[Physical Review Letters]]
| volume=93 | pages=221301
| doi = 10.1103/PhysRevLett.93.221301
| arxiv = astro-ph/0403353
}}</ref><ref>{{cite journal
| last=Bielewicz |first=P. |last2=Gorski |first2=K. M. |last3=Banday |first3=A. J.
| year=2004
| title = Low-order multipole maps of CMB anisotropy derived from WMAP
| journal = [[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]]
| volume=355 | pages =1283
| doi=10.1111/j.1365-2966.2004.08405.x
| arxiv = astro-ph/0405007
}}</ref> Dies ist überraschend. Das [[Lambda-CDM-Modell|Standardmodell der Kosmologie]] kennt keine global ausgezeichnete Raumrichtung. Daher sollte die kosmische Hintergrundstrahlung aus allen Raumrichtungen im Mittel gleich stark ausfallen.<ref>O. Preuss, H. Dittus, C. Lämmerzahl: ''Sterne und Weltraum.'' April 2007, S. 34.</ref>


=== Sonstige Effekte ===
Außerdem gibt es eine [[CMB Cold Spot]] genannte Region mit etwa 5° Durchmesser, in der die Temperatur der Hintergrundstrahlung signifikant niedriger ist als der Durchschnitt. Der CMB Cold Spot wird meist als Abbild eines besonders großen, besonders [[Void (Astronomie)|leeren Raumbereichs]] interpretiert. Es wurde versucht, diesen leeren Raumbereich direkt durch eine dreidimensionale Kartierung der in dieser Richtung zu beobachtenden Galaxien nachzuweisen. Dabei kamen unterschiedliche Forschergruppen zu entgegengesetzten Ergebnissen. Eine Studie von 2016 bestätigt in der fraglichen Himmelsregion eine Void.<ref>{{Cite journal |authorlink=|arxiv=1608.08638 |title=A detection of the integrated Sachs-Wolfe imprint of cosmic superstructures using a matched-filter approach |journal=The Astrophysical Journal |volume=830 |issue=2016 |pages=L19 |year=2016 |accessdate=|last1=Seshadri |first1=Nadatur |last2=Crittenden |first2=Robert |doi=10.3847/2041-8205/830/1/L19 |bibcode=2016ApJ...830L..19N}}</ref> Eine Studie von 2017 kommt dagegen zu dem Schluss, dass es in der Himmelsregion keine mit dem CMB Cold Spot verträgliche räumliche Struktur in der Verteilung der beobachtbaren Galaxien gibt.<ref name=Mackenzie>{{cite journal |last1=Mackenzie |first1=Ruari |arxiv=1704.03814|year=2017 |title=Evidence against a supervoid causing the CMB Cold Spot |quote=Another explanation could be that the Cold Spot is the remnant of a collision between our Universe and another ‘bubble’ universe during an early inflationary phase (Chang et al. 2009, Larjo & Levi 2010). |doi=10.1093/mnras/stx931 |volume=470 |issue=2 |journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society |pages=2328–2338|bibcode = 2017MNRAS.470.2328M }}</ref>
Als Folge einer Adrenalinfreisetzung oder einer lokalen Adrenalinanwendung können [[Schweiß]]produktion, [[Gänsehaut]] (pilomotorischer Reflex) und eine Pupillenerweiterung ([[Mydriasis]]) beobachtet werden. Zudem bekommt man auch einen trockenen Mund. Adrenalin ist ferner an der [[Blutgerinnung]] und [[Fibrinolyse]] beteiligt.


== Chemie ==
Diese bereits in den Ergebnissen der WMAP-Mission sichtbaren Abweichungen von der erwarteten Verteilung der Hintergrundstrahlung wurden durch Messungen mit dem [[Planck-Weltraumteleskop|Planck]] in höherer Auflösung und Genauigkeit bestätigt.<ref>{{Internetquelle |autor=ESA |titel=Planck Published Papers |url=http://www.esa.int/ger/ESA_in_your_country/Germany/Planck_offenbart_uns_ein_fast_perfektes_Universum |datum=2013-03-21 |zugriff=2016-12-23}}</ref>
[[Datei:Epinephrine-3d-CPK.png|mini|Adrenalin (Kalottenmodell)]]


Adrenalin (chemisch: (''R'')-1-(3,4-Dihydroxyphenyl)-2-(''N''-methylamino)ethanol) gehört zur Gruppe der [[Katecholamin]]e, zu der auch Noradrenalin und Dopamin zählen. Die wirksame Form ([[Eutomer]]) des Adrenalins besitzt [[Stereochemie|stereochemisch]] eine (''R'')-[[Konfiguration (Chemie)|Konfiguration]] [(''R'')-Adrenalin oder (−)-Adrenalin]. (''R'')-Adrenalin ist etwa 20- bis 50-mal wirksamer als (''S'')-Adrenalin.<ref name="Schmuck">[[Carsten Schmuck]], Bernd Engels, Tanja Schirmeister, Reinhold Fink: ''Chemie für Mediziner.'' Pearson Studium, München u. a. 2008, ISBN 978-3-8273-7286-4, S.&nbsp;413.</ref>
Verschiedene Kollaborationen suchen in der Feinverteilung der gemessenen Hintergrundstrahlung nach Hinweisen auf die [[Inflation (Kosmologie)|Inflation]] und [[Gravitationswelle]]n aus der Frühzeit des Universums. Eine erste Meldung auf der Grundlage von Messungen des [[Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization|BICEP2-Detektors]] sorgte 2014 für Medienaufmerksamkeit.<ref name="BICEP2-2014">{{cite web |author=Staff |title=BICEP2 2014 Results Release |url=http://bicepkeck.org |date=2014-03-17 |website=[[National Science Foundation]] |accessdate=2014-03-18 }}</ref> Ein Jahr später kamen die gleichen Autoren jedoch zu dem Schluss, dass sich die Abweichungen von der Isotropie als Folge von Staub der [[Milchstraße]] erklären lassen.<ref name="nature-20150130">{{cite news|title=Gravitational waves discovery now officially dead|last=Cowen|first=Ron|date=2015-01-30|newspaper=nature|doi=10.1038/nature.2015.16830}}</ref>
 
=== Synthese ===
Zur Synthese des Adrenalins sind in der Literatur<ref name="Roth & Kleemann">[[Hermann J. Roth]], [[Axel Kleemann]]: ''Arzneistoffsynthese'' (= ''Pharmazeutische Chemie.'' Bd. 1). Thieme, Stuttgart u. a. 1982, ISBN 3-13-632901-5, S.&nbsp;14–16.</ref> mehrere Verfahren beschrieben. Das klassische Syntheseverfahren umfasst drei Schritte: [[Brenzkatechin]] ('''1''') wird mit [[Chloressigsäurechlorid]] ('''2''') zum 3,4-Dihydroxy-ω-chloracetophenon ('''3''') [[Acylierung|acyliert]]. Die Reaktion entspricht indirekt der [[Friedel-Crafts-Acylierung]], der bevorzugte Weg führt gleichwohl über die Ester-Zwischenstufe und schließt so eine [[Fries-Umlagerung]] mit ein. Die Aminierung des Chloracetophenons mit [[Methylamin]] ergibt das Adrenalon ('''4'''); die anschließende [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] liefert [[Racemat|racemisches]] Adrenalin ('''5'''). Die [[Racematspaltung]] ist mit Hilfe von (2''R'',3''R'')-[[Weinsäure]] möglich.
[[Datei:Synthesis adrenaline.svg|mini|700px|zentriert|Synthese des Adrenalins ('''5''') aus Brenzkatechin ('''1''') und Chloressigsäurechlorid ('''2''') (s.&nbsp;a. Text)]]
 
Alternativ kann man auch 3,4-Dimethoxy[[benzaldehyd]] mit [[Cyanwasserstoff|Blausäure]] zum [[Cyanhydrin]] umsetzen, dessen [[Oxidation]] dann ein Nitriloketon liefert. Durch katalytische Reduktion entsteht ein Amino[[keton]], dessen schonende ''N''-[[Methylierung]] liefert dann das sekundäre [[Amine|Amin]]. Durch [[Hydrolyse]] der Phenyl[[ether]]funktionen, Reduktion und Racematspaltung gelangt man dann zum Adrenalin.
 
Handelsübliche Formen des Adrenalins sind auch das Hydrogen[[tartrat]]<ref>{{Substanzinfo|Name=Adrenalin-Hydrogentartrat |CAS=51-42-3 |Wikidata=Q27255971 |ECHA-ID=100.000.089 |EG-Nummer=200-097-1 |ZVG=100052 |PubChem=5815 }}</ref> und das [[Hydrochlorid]].<ref>{{Substanzinfo|Name=Adrenalin-Hydrochlorid |CAS=55-31-2 |Wikidata=Q27107122 |ECHA-ID=100.000.210 |EG-Nummer=200-230-3 |ZVG= |PubChem=441411 }}</ref>
 
=== Stabilität ===
Wie alle Katecholamine ist Adrenalin oxidationsempfindlich. Ein Oxidationsprodukt des Adrenalins ist [[Adrenochrom]]. Für die Oxidation kann man [[Silber(I)-oxid]] (Ag<sub>2</sub>O) verwenden. Die Oxidation des Adrenalins kann auch in wässriger Lösung durch Spuren von [[Eisen]]- und [[Iod]]idionen [[Katalyse|katalysiert]] werden. [[Antioxidanz]]ien, wie z.&nbsp;B. [[Ascorbinsäure]] und [[Natriummetabisulfit]] können die Bildung von Adrenochrom verlangsamen. Die Geschwindigkeit der Oxidation ist darüber hinaus vom [[pH-Wert]] der Lösung abhängig. Als Stabilitätsoptimum gilt ein leicht saurer pH-Wert.
[[Datei:Synthesis of Adrenochrom from adrenaline.svg|mini|350px|zentriert|Adrenochromreaktion]]
 
== Adrenalin als Arzneistoff ==
=== Anwendungsgebiete ===
In der [[Medizin]] wird Adrenalin vor allem als Notfallmedikament bei der [[Herz-Lungen-Wiederbelebung]] bei [[Herzstillstand]] und dem [[Anaphylaktischer Schock|anaphylaktischen Schock]] eingesetzt. Es ist in verschiedenen [[Darreichungsform]]en erhältlich und [[verschreibungspflicht]]ig.
 
==== Notfallmedizin ====
Für die Anwendung in der [[Notfallmedizin]] wird Adrenalin [[intravenös]], alternativ auch [[Intraossärer Zugang|intraossär]] oder sehr selten [[intrakardial]] verabreicht. In den aktuellen Empfehlungen des [[European Resuscitation Council]] wird die Gabe von Adrenalin bei der Reanimation als Standard empfohlen.<ref name="ACLS">Jerry P. Nolan, Charles D. Deakin, Jasmeet Soar, Bernd W. Böttiger, Gary Smith: ''European Resuscitation Council guidelines for resuscitation 2005. Section 4. Adult advanced life support.'' In: ''Resuscitation.'' Band 67, Supplement 1, 2005, S.&nbsp;S39–S86, PMID 16321716, [[doi:10.1016/j.resuscitation.2005.10.009]].</ref> In einer großen placebo-kontrollierten Studie konnte ein verbessertes Überleben durch Anwendung von Adrenalin bei der Reanimation außerhalb des Krankenhauses gezeigt werden, allerdings ging dies auch mit einer höheren Zahl von neurologischen Schäden einher.<ref name="PARAMEDIC2">G.D. Perkins et al: ''A Randomized Trial of Epinephrine in Out-of-Hospital Cardiac Arrest'', In: New England Journal of Medicine, Vol. 379, No. 3, 18. Juli 2018,  [[DOI:10.1056/NEJMoa1806842]].</ref>
 
Ein weiteres Hauptanwendungsgebiet von Adrenalin in der Medizin ist der [[Schock (Medizin)|Kreislaufschock]], beispielsweise bei [[Anaphylaxie|anaphylaktischen]] Reaktionen oder [[Sepsis]]. Die Behandlung anaphylaktischer Reaktionen und des Schocks erfolgt ebenfalls über eine intravenöse Verabreichung von Adrenalin. Sollte im akuten Schockgeschehen kein venöser Zugang geschaffen werden können, so kann Adrenalin auch [[intramuskulär]] verabreicht werden. Für Patienten mit schwerwiegenden allergischen Reaktionen in der Vergangenheit (z.&nbsp;B. drohende Erstickung durch Anschwellen der [[Stimmritze]] ([[Glottisödem]])) stehen Adrenalin-Fertigspritzen zur Verfügung, die dann von dem Betroffenen nach einer Allergenexposition mit beginnender Symptomatik selbst appliziert werden können.
 
Für die Anwendung in der Herz-Lungen-Wiederbelebung und beim Schock stehen die den Blutkreislauf zentralisierenden Wirkungen des Adrenalins im Vordergrund. Durch eine Aktivierung von α<sub>1</sub>-Adrenozeptoren wird eine Konstriktion kleiner Blutgefäße in der Haut und in den Nieren erreicht, während große zentrale Blutgefäße erweitert werden. Auf diese Weise soll Adrenalin den koronaren und zerebralen Perfusionsdruck steigern.
 
==== Atemwegserkrankungen ====
Für die Anwendung als Zusatzmedikation bei der akuten ''Laryngitis subglottica'' („[[Pseudo-Krupp]]“) steht Adrenalin als Lösung zur [[Inhalation]] (InfectoKrupp Inhal<sup>®</sup>) zur Verfügung. Bis 2002 waren in Deutschland Adrenalin-haltige Inhalationspräparate auch für die Akutbehandlung des [[Asthma bronchiale]] zugelassen. Mit Inkrafttreten des [[FCKW]]-Verbots wurden diese jedoch vom Markt genommen. Die inhalative Anwendung anderer Adrenalinpräparate zur Akutbehandlung asthmatischer Beschwerden ist somit außerhalb der [[Arzneimittelzulassung|arzneimittelrechtlichen Zulassung]] und entspricht einem [[Off-Label-Use]].
 
Die Anwendung des Adrenalins bei Atemwegserkrankungen basiert auf seiner bronchienrelaxierenden Wirkung, die über eine Aktivierung von β<sub>2</sub>-Adrenozeptoren vermittelt wird. Systemische Nebenwirkungen nach [[Resorption]] müssen jedoch in Kauf genommen werden.
 
==== Lokale Vasokonstriktion ====
Adrenalin kann weiterhin zur lokalen Gefäßverengung bei Blutungen eingesetzt werden. Die gefäßverengende Wirkung wird auch zum Schließen von [[Cut (Boxen)|Cuts]] im [[Boxen|Boxsport]] verwendet. Diese vasokonstriktive Wirkung beruht auf einer Aktivierung von α<sub>1</sub>-Adrenozeptoren kleiner Blutgefäße in der Haut und im Muskelgewebe und ihrer darauf folgenden Verengung.
 
Adrenalin wird ferner als [[Vasokonstriktion|vasokonstriktiver]] Zusatz zu [[Lokalanästhetikum|Lokalanästhetika]] verwendet, um deren Abtransport zu verlangsamen und damit ihre Wirkungsdauer zu verlängern.
 
==== Antidot ====
Adrenalin ist das Mittel der zweiten Wahl bei [[Betablocker]]vergiftungen und kann eingesetzt werden, wenn kein spezifischer β-Agonist zur Verfügung steht.<ref>''Rote Liste 2005.'' Editio-Cantor-Verlag, Aulendorf 2005, ISBN 3-87193-306-6.</ref> Für diese Notfallanwendung besteht jedoch ebenfalls keine arzneimittelrechtliche Zulassung ([[Off-Label-Use]]).
 
=== Nebenwirkungen ===
Die Nebenwirkungen des Adrenalins entsprechen weitgehend seinen Hauptwirkungen und sind auf dessen Bedeutung als Stresshormon zurückzuführen. Adrenalin führt zu einer Kontraktion kleiner Blutgefäße, insbesondere der Haut und der Nieren, verbunden mit einem Blutdruckanstieg und, insbesondere bei lokaler Anwendung, vereinzelten [[Nekrose]]n. Bei systemischer Anwendung stehen kardiale Nebenwirkungen, wie z.&nbsp;B. Herzinsuffizienz, [[Angina pectoris|Angina-pectoris-Anfälle]], Herzinfarkt, tachykarde Herzrhythmusstörungen, bis hin zum Kammerflimmern und Herzstillstand im Vordergrund. Daher ist seine Anwendung teilweise umstritten. Die systemische Anwendung von Adrenalin kann darüber hinaus eine Erhöhung des Blutzuckerspiegels ([[Hyperglykämie]]), eine Erniedrigung des Kaliumspiegels ([[Hypokaliämie]]), eine [[metabolische Azidose]] und eine Absenkung der [[Magnesium]]konzentration ([[Hypomagnesiämie]]) zur Folge haben. Des Weiteren können Mydriasis, [[Miktion]]sschwierigkeiten, Speichelfluss, Schwitzen bei gleichzeitigem Kältegefühl in den Extremitäten, [[Übelkeit]], [[Erbrechen]], [[Vertigo|Schwindel]] und [[Kopfschmerz]] beobachtet werden. Als psychische Nebenwirkungen durch den Einsatz von Adrenalin können Ruhelosigkeit, Nervosität, Angst, Halluzinationen, Krämpfe bis hin zu Psychosen auftreten.
 
=== Wechselwirkungen ===
Einige Inhalationsanästhetika, die das Herz für Katecholamine sensibilisieren, führen zu einer verstärkten Wirkung von Adrenalin am Herz und somit zu einer erhöhten Gefahr von Herzinsuffizienz, Angina-pectoris-Anfällen, Herzinfarkt und tachykarden Herzrhythmusstörungen.
 
Die Wirkungen und Nebenwirkungen von Adrenalin können ebenfalls durch eine Hemmung des Adrenalinabbaus oder einer vermehrten (Nor-)Adrenalinfreisetzung verstärkt werden. Dies ist insbesondere bei gleichzeitiger Anwendung von [[MAO-Hemmer]]n, Levodopa, [[Thyroxin|L-Thyroxin]], [[Theophyllin]], [[Trizyklisches Antidepressivum|trizyklischen Antidepressiva]] und [[Reserpin]] zu beobachten.
 
Adrenalin seinerseits hemmt die blutdrucksenkende Wirkung von [[Alphablocker]]n und die kardialen Effekte der Betablocker. Da Adrenalin zu einem Anstieg des Blutzuckerspiegels führt, ist die Wirkung [[Peroral|oraler]] [[Antidiabetika]] herabgesetzt.
 
=== Dosierung ===
Adrenalin wird als Lösung intravenös verabreicht. Typischerweise ist die Konzentration in einer Ampulle 1&nbsp;mg/ml (auch als Adrenalinlösung 1:1.000 oder Adrenalinlösung 0,1 %ig bezeichnet). Je nach Anwendungsgebiet ist es gebräuchlich, im Verhältnis 1:10 mit 0,9 % [[Isotonische Kochsalzlösung|Natriumchloridlösung]] zu verdünnen (dann als Adrenalinlösung 1:10.000 oder Adrenalinlösung 0,01 %ig bezeichnet). Die Reanimationsdosis beträgt 1&nbsp;mg alle 3–5&nbsp;Minuten.<ref>Bundesärztekammer: Reanimation – Empfehlungen für die Wiederbelebung, S. 59.</ref> In der Intensivmedizin und zur Behandlung eines ''Low-output-Syndroms'' wird bei Erwachsenen eine Dosierung von 2–20&nbsp;µg/min<ref>Reinhard Larsen: ''Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie.'' (1. Auflage 1986) 5. Auflage. Springer, Berlin/ Heidelberg/ New York u. a. 1999, ISBN 3-540-65024-5, S. 44 f. und 76.</ref> eingesetzt.
 
== Handelsnamen nach Darreichungsform ==
[[Datei:Jext300-Autoinjektor-03.jpg|mini|Beispiel eines Autoinjektors (mit abgezogener Schutzkappe), wie er häufig von Allergikern als Notfallversorgung mitgeführt wird.]]
'''[[Ampulle (Behälter)|Ampullen]] (Injektionslösung)'''
* ''Suprarenin'' (D)
* ''Adrenalin 1:1000 Infectopharm'' (D)
* sowie Generika (A, CH)
'''[[Autoinjektor]]en (Injektionslösung in Fertigpen)'''
* ''Emerade'' (D)
* ''EpiPen'' (A, CH)
* ''Fastjekt'' (D)
* ''Jext'' (D, A, CH, NL, DK, E, I, FIN, N, SLO, S, UK)
* ''Anapen'' (D, A, CH) – Lincoln Medical Limited rief am 5. Juni 2012 alle noch haltbaren Chargen wegen möglicher Nichtabgabe von Adrenalin zurück.<ref>Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte:  {{Webarchiv|text=''Rückruf des Adrenalin-Autoinjektors „Anapen“: Patienten sollen Notfallmedikament wegen möglicher fehlerhafter Abgabe des Wirkstoffes schnell austauschen'' |url=http://www.bfarm.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/DE/mitteil2012/pm05-2012.html |wayback=20151220100329 |archiv-bot=2018-03-25 10:32:20 InternetArchiveBot }}; Pressemitteilung vom 4. Juni 2012.</ref>
'''[[Inhalation]]slösung'''
* ''InfectoKrupp Inhal'' (D)


== Siehe auch ==
== Siehe auch ==
* {{WikipediaDE|Adrenalin}}
* {{WikipediaDE|Hintergrundstrahlung}}


== Literatur ==
== Literatur ==
* Klaus Starke: ''Grundlagen der Pharmakologie des Nervensystems.'' In: Wolfgang Forth, Dietrich Henschler, Walter Rummel, Ulrich Föstermann, Klaus Starke: ''Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie.'' 8., völlig überarbeitete Auflage. Urban & Fischer, München u. a. 2001, ISBN 3-437-42520-X, S.&nbsp;111–146.
* Gerhard Börner, Matthias Bartelmann: ''Astronomen entziffern das Buch der Schöpfung.'' In: ''Physik in unserer Zeit.'' Wiley 33.2002,3, {{ISSN|0031-9252}}, S. 114–120.
* Serafim Guimarães, Daniel Moura: ''Vascular adrenoceptors: an update.'' In: ''Pharmacological Reviews.'' Bd.&nbsp;53, Nr.&nbsp;2, S.&nbsp;319–356, PMID 11356987.
* G. D. Starkman, D. J. Schwarz: ''Missklänge im Universum.'' In: ''Spektrum der Wissenschaft.'' Heidelberg 2005, 12, {{ISSN|0170-2971}}, S. 30 ff.
* Marc Lachièze-Rey, Edgard Gunzig: ''The cosmological background radiation.'' Cambridge Univ. Press, Cambridge 1999, ISBN 0-521-57437-4.


== Weblinks ==
== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
{{Commonscat|Cosmic microwave background|Kosmische Hintergrundstrahlung}}
{{Commonscat|Epinephrine|Adrenalin}}
* {{Alpha Centauri|69}}
* [http://www2.ccc.uni-erlangen.de/projects/ChemVis/motm/index.html Adrenaline – Molecule of the Month] (englisch)
* [[:Datei:CMB-de-2012.pdf|Der Kosmische Mikrowellenhintergrund und seine Anisotropien]]
* [http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2013/03/Planck_CMB Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung], aufgenommen durch die Raumsonde Planck (Mission 2009–2013)
* [http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe/ NASA Satelliten (Cobe, WMAP)]


== Einzelnachweise ==
== Einzelnachweise ==
<references />
<references />


{{Lesenswert|24. Juli 2006|229362}}
[[Kategorie:Expansion des Universums]]
{{Gesundheitshinweis}}
[[Kategorie:Kosmologie|J]]
 
[[Kategorie:Strahlung]]
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[[Kategorie:Urknall]]
 
[[Kategorie:Hormone]]
[[Kategorie:Neurotransmitter]]
[[Kategorie:Arzneistoff]]
[[Kategorie:Psychotroper Wirkstoff]]
[[Kategorie:Nebennieren]]


{{Wikipedia}}
{{Wikipedia}}

Version vom 5. Februar 2020, 11:25 Uhr

Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung, aufgenommen durch die Raumsonde WMAP (Mission 2001–2010)
Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung, aufgenommen durch den Satelliten COBE (Mission 1989–1993)

Die Hintergrundstrahlung, genauer kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, englisch cosmic microwave background (CMB), ist eine das ganze Universum erfüllende isotrope Strahlung im Mikrowellenbereich, die kurz nach dem Urknall entstanden ist. Sie hat eine herausragende Bedeutung für die physikalische Kosmologie und wird auch Drei-Kelvin-Strahlung (wegen der niedrigen Temperatur bzw. Energiedichte) genannt.

Die kosmische Hintergrundstrahlung ist nicht zu verwechseln mit der kosmischen Strahlung.

Theorie

Die kosmische Mikrowellenstrahlung stammt aus der Zeit etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall[1] und gilt als Beleg für die Urknalltheorie (Standardmodell). Vor diesem Zeitpunkt standen Strahlung und Materie im thermischen Gleichgewicht.

Infolge der Expansion des Universums sanken mit der Zeit die Temperatur und die Dichte des gekoppelten Strahlung-Materie-Gemisches, bis schließlich bei einer Temperatur von etwa 3000 Kelvin Protonen und Elektronen elektrisch neutralen Wasserstoff bilden konnten. Dies wird in der Physik als Rekombination bezeichnet. Das Fehlen freier Elektronen und Protonen führte dazu, dass die Strahlung nicht mehr durch Thomson-Streuung von Photonen mit der Materie wechselwirken konnte – das Universum wurde „durchsichtig“.

Die weitergehende Expansion des Universums verursachte durch die Dehnung der Raumzeit auch eine Dehnung der Wellenlänge der vorhandenen Photonen, also eine Rotverschiebung. Wir beobachten daher diese Photonen heute als kosmische Hintergrundstrahlung im Mikrowellenbereich. Sie ist in jeder Richtung des Himmels auf normalen Skalen in etwa gleichförmig und nicht durch Überlagerung einzelner Quellen wie Galaxien entstanden.

Die Strahlung hat als Folge des thermischen Gleichgewichts vor der Rekombination das fast perfekte Intensitätsspektrum eines schwarzen Körpers (auch Schwarzkörperstrahlung genannt) mit einer Temperatur von heute 2,725 (± 0,002) Kelvin.[2]

Die Rotverschiebung der Hintergrundstrahlung beträgt z = 1089 ± 0,1, und jeder Kubikzentimeter des Vakuums des Weltraums enthält durchschnittlich 400 Photonen der Hintergrundstrahlung.

Geschichte

Hornstrahler-Antenne der „Bell Labs’“ in Holmdel, New Jersey (USA), wo 1964 die vorhergesagte Mikrowellenstrahlung als Störsignal empfangen wurde

Eine Strahlung aus dem intergalaktischen Raum mit 2,8 K wurde bereits 1933 von Erich Regener vorhergesagt.[3]

Als Folge eines Urknalls wurde sie erst in den 1940ern von George Gamow, Ralph Alpher und Robert Herman mit höheren Werten postuliert. Die Entdeckung erfolgte aber zufällig 1964 durch Arno Penzias und Robert Woodrow Wilson beim Test einer neuen empfindlichen Antenne, die für Experimente mit künstlichen Erdsatelliten gebaut worden war. In derselben Ausgabe des Astrophysical Journal, in der Penzias und Wilson ihre Ergebnisse veröffentlichten, interpretierten Robert Henry Dicke u. a. die Entdeckung bereits als kosmische Schwarzkörperstrahlung, in einer Arbeit, in der sie ihrerseits die Vorbereitung eines ähnlichen Experiments (bei anderen Wellenlängen) bekanntgaben, bei dem ihnen Penzias und Wilson zuvorgekommen waren. Penzias und Wilson erhielten für diese Entdeckung 1978 den Physiknobelpreis.[4][5]

Hinweise auf die Hintergrundstrahlung fand schon Andrew McKellar 1940/1941[6] am Mount-Wilson-Observatorium, indem er die Temperatur des Rotationsspektrums von CN-Molekülen im interstellaren Medium bestimmte. Seine Entdeckung fand sogar ihren Weg in das bekannte Lehrbuch Spectra of diatomic molecules (1950) von Gerhard Herzberg,[7] die Tragweite der Entdeckung erkannten aber beide nicht.[8]

Auch in der UdSSR wurde von A. Doroshkevich und Igor Dmitrijewitsch Nowikow 1964 ein Vorschlag zur Beobachtung der Reliktstrahlung gemacht.[9]

Messungen

Durch den Satelliten COBE gemessenes Spektrum (Intensität als Funktion der Wellenzahl) der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, ein Planck-Spektrum mit der Temperatur T = 2,725 K. Die Fehlerbalken der Datenpunkte sind zu klein,[10] um von einem Bildschirm dargestellt werden zu können, wesentlich größere Fehlerbalken wurden eingefügt um die Messpunkte sichtbar zu machen.[11]

Bei den Experimenten von Penzias und Wilson wurde nur auf einer Frequenz gemessen, weshalb in den folgenden Jahren weitere Messungen auf anderen Frequenzen durchgeführt wurden. Dadurch konnte bestätigt werden, dass es sich bei der Strahlung tatsächlich um Schwarzkörperstrahlung handelt. Diese Art der Strahlung hat den typisch glockenförmigen Intensitätsverlauf, der im Bild rechts dargestellt ist. Da die erdgebundenen Beobachtungsmöglichkeiten im Mikrowellenbereich aufgrund der atmosphärischen Absorption eingeschränkt sind, wurde die Satellitenmission COBE ins Leben gerufen.

  • Mit hochempfindlichen Mikrowellenempfängern wurde die Rauschspannung auf möglichst vielen Frequenzen aus möglichst vielen Richtungen gemessen.
  • Wegen des breiten Frequenzbandes mussten unterschiedliche Antennen und Empfänger eingesetzt werden. Also waren Normierungen und Umrechnungen auf absolute Empfangsleistung erforderlich.
  • Ziel war, nur Daten zur schwachen Hintergrundstrahlung zu erhalten. Deshalb musste das Strahlungsverhalten aller bekannten und teilweise sehr intensiven Vordergrundquellen wie Krebsnebel oder andere Supernovaüberreste für alle Frequenzen modelliert und subtrahiert werden.
  • Die verbleibenden Messwerte zeigen ein auffallendes Dipolmuster: Das Maximum der Strahlung aus einer ganz bestimmten Richtung (ungefähr entgegengesetzt der momentanen Rotationsrichtung des Sonnensystems in der Milchstraße) ist deutlich blauverschoben, in entgegengesetzter Richtung rotverschoben (Dopplereffekt). Das wird damit erklärt, dass sich unser Sonnensystem mit etwa 369 km/s gegenüber einem Bezugssystem bewegt, in dem die Strahlung isotrop ist.[12]
  • Dieses Dipolmuster wird subtrahiert und die mehrfach modifizierten Messwerte wurden als Funktion der Wellenlänge aufgetragen (siehe rechtes Bild).
  • Mit der Formel des Planckschen Strahlungsgesetzes wurden Modellkurven für unterschiedliche Temperaturen berechnet und in das gleiche Diagramm eingezeichnet.
  • Die Modellkurve für 2,725 K ist diejenige, die (im Sinne der kleinsten Fehlerquadrate) am besten zu den Messpunkten passt.

Anisotropien im Mikrowellenhintergrund

Leistungsspektrum der Temperaturschwankungen der kosmischen Hintergrundstrahlung

Die Temperatur des Mikrowellenhintergrundes ist über den gesamten Himmel sehr gleichförmig (isotrop). Die stärkste Abhängigkeit von der Beobachtungsrichtung beträgt nur etwa 0,1 % und entsteht aufgrund der Bewegung der Milchstraße (und damit der Erde) relativ zum Mikrowellenhintergrund. Photonen, die aus der Bewegungsrichtung kommen, sind durch den Dopplereffekt blauverschoben und die Temperatur der Hintergrundstrahlung ist in dieser Richtung erhöht. Photonen aus der Gegenrichtung sind entsprechend rotverschoben, die Hintergrundstrahlung erscheint kühler. Es ergibt sich somit eine Dipolanisotropie der Temperaturverteilung. Mit diesem in der Astronomie üblichen Verfahren ist es auch möglich, die Eigenbewegung im Raum gegenüber der Hintergrundstrahlung zu bestimmen.

Die Temperaturschwankungen auf kleineren Winkelskalen können in primäre und sekundäre Anisotropien unterteilt werden. Unter primären Anisotropien versteht man Anisotropien durch Effekte, die zum Zeitpunkt der Entstehung der Strahlung wirkten, während man unter sekundären Anisotropien erst später auf dem Weg der Photonen durch das Weltall entstandene Effekte versteht.

Zu den wichtigsten Effekten der primären Anisotropien gehören:

  • Der Sachs-Wolfe-Effekt: Strahlung, die aus überdichten Regionen entweicht, erfährt eine Gravitationsrotverschiebung, sodass die Hintergrundstrahlung in der entsprechenden Richtung eine geringfügig niedrigere Temperatur hat, andererseits wird dieser Effekt dadurch teilweise kompensiert, dass die Gravitation zu einer Zeitdilatation führt. Daher stammen die Photonen der dichteren Regionen aus einer geringfügig früheren Zeit, zu der das Universum noch heißer war. Beide Effekte werden gemeinsam durch den Sachs-Wolfe-Effekt beschrieben.[13]
  • Die Dichteschwankungen im frühen Universum führen zu sogenannten Pekuliargeschwindigkeiten. Das sind Geschwindigkeiten der Materie, die zusätzlich zur Geschwindigkeit der Expansion des Raumes auftreten. Die Elektronen, mit denen die Photonen das letzte Mal streuen, haben also eine von der Dichte abhängige zusätzliche Geschwindigkeitskomponente.[13]
  • Wird in einem kleinen Gebiet die Baryonendichte erhöht, werden die Baryonen adiabatisch komprimiert und dadurch heißer. Da die Baryonen mit den Photonen im thermischen Gleichgewicht stehen, werden somit auch die Photonen energiereicher.[13]

Zu den sekundären Anisotropien gehören insbesondere:

  • Es gibt freie Elektronen im Universum, an denen die Photonen streuen können. Da die Thomson-Streuung weitgehend isotrop ist, ist die Richtung des Photons nach der Streuung weitgehend unabhängig von seiner Richtung vor der Streuung. Die gestreuten Photonen tragen keine Information über die Fluktuationen des CMB mehr. Dadurch werden die Anisotropien teilweise ausgewaschen.[13]
  • Beim Durchlaufen des Universums durchqueren die Photonen eine Reihe von Potentialtöpfen der Strukturen des Universums (zum Beispiel durch Galaxien, Galaxienhaufen etc.). Dabei erhalten sie immer einmal eine gravitative Blauverschiebung und dann wieder eine Rotverschiebung. Da sich das Gesamtgravitationspotential des Universums im Laufe der Zeit ändert, heben sich die Effekte nicht vollständig auf. Man bezeichnet dies als Integrierten Sachs-Wolfe-Effekt.
  • Außerdem werden die Photonen beim Durchlaufen der Potentialtöpfe abgelenkt. Der Winkel, unter dem wir die Photonen beobachten, entspricht also nicht genau ihrer Position zum Zeitpunkt der Rekombination – dadurch werden die Anisotropien auf kleinen Winkelskalen verschmiert.[13]
  • An den Elektronen des heißen Gases von Galaxienhaufen können Photonen streuen. Durch die Streuung ändert sich die Energie der Photonen ein wenig: Sie haben nach der Compton-Streuung im Mittel eine höhere Frequenz. Dadurch wird die Zahl der hochfrequenten Photonen relativ zum Planckspektrum erhöht, während die Zahl der niederfrequenten Photonen erniedrigt wird. Dies nennt man den Sunjajew-Seldowitsch-Effekt.[13]

Die statistischen Eigenschaften der Dichteverteilung zum Zeitpunkt der Rekombination – und somit die primären Anisotropien – lassen sich im Rahmen der relativistischen Kosmologie als Funktion weniger kosmologischer Parameter genau modellieren. Auch die sekundären Anisotropien lassen sich entweder herausrechnen oder bei der Modellierung berücksichtigen. Daher kann man – in Abhängigkeit von den kosmologischen Parametern – Vorhersagen über die Temperaturverteilung machen, insbesondere über das Winkelleistungsspektrum (siehe Abbildung). Vergleicht man dies mit dem gemessenen Winkelleistungsspektrum, so kann man die kosmologischen Parameter bestimmen.

Die Entdeckung dieser schwachen Temperaturschwankungen (ca. 0,001 %) in kleineren Bereichen durch den Satelliten COBE im Jahr 1993 war ein Durchbruch in der Beobachtung des frühen Universums. Die Messung der Stärke dieser Schwankungen machte deutlich, dass die Materie zum Zeitpunkt der Rekombination außerordentlich homogen verteilt war. Weitere Untersuchungen durch bodengebundene Experimente, Ballonteleskope und besonders die Raumsonden WMAP und Planck haben die Stärke dieser Temperaturschwankungen in Abhängigkeit von ihrer Winkelausdehnung am Himmel noch wesentlich besser charakterisiert. Die gute Übereinstimmung der gemessenen Eigenschaften des Mikrowellenhintergrundes mit den theoretischen Vorhersagen stellt einen der herausragenden Belege für die Gültigkeit der Urknalltheorie dar. Die Messung der Parameter dieser Theorie favorisiert das Lambda-CDM-Modell.

Von August 2009 bis Februar 2012 vermaß die europäische Raumsonde Planck die Strahlung mit noch dreifach höherer Auflösung, bei besserer Ausblendung von Störstrahlung.[14][15] Die Temperaturschwankungen gehören zu den zurzeit wichtigsten Messgrößen der Kosmologie und der Theorien zur Bildung von Strukturen im frühen Universum.

Neue Fragen

Trotz der generell ausgezeichneten Übereinstimmung der gemessenen Eigenschaften des kosmischen Mikrowellenhintergrunds mit den theoretischen Vorhersagen gibt es einige Aspekte in den Daten, die nicht vollständig verstanden sind und zu anhaltenden Diskussionen führten. So sind einige der niedrigsten Momente in der Winkelverteilung der Temperatur niedriger als vorhergesagt. Die gemessenen Extremwerte der Hintergrundstrahlung verlaufen fast senkrecht zur Ekliptik des Sonnensystems, wobei die Abweichung von der Senkrechten sich im Rahmen der Messungenauigkeiten bewegt. Darüber hinaus gibt es eine deutliche Nord-Süd-Asymmetrie mit einem Maximum im Norden.[16][17][18] Dies ist überraschend. Das Standardmodell der Kosmologie kennt keine global ausgezeichnete Raumrichtung. Daher sollte die kosmische Hintergrundstrahlung aus allen Raumrichtungen im Mittel gleich stark ausfallen.[19]

Außerdem gibt es eine CMB Cold Spot genannte Region mit etwa 5° Durchmesser, in der die Temperatur der Hintergrundstrahlung signifikant niedriger ist als der Durchschnitt. Der CMB Cold Spot wird meist als Abbild eines besonders großen, besonders leeren Raumbereichs interpretiert. Es wurde versucht, diesen leeren Raumbereich direkt durch eine dreidimensionale Kartierung der in dieser Richtung zu beobachtenden Galaxien nachzuweisen. Dabei kamen unterschiedliche Forschergruppen zu entgegengesetzten Ergebnissen. Eine Studie von 2016 bestätigt in der fraglichen Himmelsregion eine Void.[20] Eine Studie von 2017 kommt dagegen zu dem Schluss, dass es in der Himmelsregion keine mit dem CMB Cold Spot verträgliche räumliche Struktur in der Verteilung der beobachtbaren Galaxien gibt.[21]

Diese bereits in den Ergebnissen der WMAP-Mission sichtbaren Abweichungen von der erwarteten Verteilung der Hintergrundstrahlung wurden durch Messungen mit dem Planck in höherer Auflösung und Genauigkeit bestätigt.[22]

Verschiedene Kollaborationen suchen in der Feinverteilung der gemessenen Hintergrundstrahlung nach Hinweisen auf die Inflation und Gravitationswellen aus der Frühzeit des Universums. Eine erste Meldung auf der Grundlage von Messungen des BICEP2-Detektors sorgte 2014 für Medienaufmerksamkeit.[23] Ein Jahr später kamen die gleichen Autoren jedoch zu dem Schluss, dass sich die Abweichungen von der Isotropie als Folge von Staub der Milchstraße erklären lassen.[24]

Siehe auch

Literatur

  • Gerhard Börner, Matthias Bartelmann: Astronomen entziffern das Buch der Schöpfung. In: Physik in unserer Zeit. Wiley 33.2002,3, ISSN 0031-9252, S. 114–120.
  • G. D. Starkman, D. J. Schwarz: Missklänge im Universum. In: Spektrum der Wissenschaft. Heidelberg 2005, 12, ISSN 0170-2971, S. 30 ff.
  • Marc Lachièze-Rey, Edgard Gunzig: The cosmological background radiation. Cambridge Univ. Press, Cambridge 1999, ISBN 0-521-57437-4.

Weblinks

Commons: Kosmische Hintergrundstrahlung - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema

Einzelnachweise

  1. ↑  C. L. Bennett, M. Halpern, G. Hinshaw, N. Jarosik, A. Kogut, M. Limon, S. S. Meyer, L. Page, D. N. Spergel, G. S. Tucker, E. Wollack, E. L. Wright, C. Barnes, M. R. Greason, R. S. Hill, E. Komatsu, M. R. Nolta, N. Odegard, H. V. Peirs, L. Verde, J. L. Weiland: First Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Preliminary Maps and Basic Results. In: Astrophys. J. Suppl.. 148, 2003, S. 1–27, arxiv:astro-ph/0302207, doi:10.1086/377253.
  2. ↑ Kenneth R. Lang: A Companion to Astronomy and Astrophysics. Chronology and Glossary with Data Tables. Springer, 2006, S. 242.
  3. ↑ E. Regener: Der Energiestrom der Ultrastrahlung. (PDF; 166 kB, PDF). Bei: wolff.ch. In: Zeitschrift für Physik. 80, 9–10, 1933, S. 666–669.
    Zur weiteren Vorgeschichte siehe z. B. A. K. T. Assis, M. C. D. Neves: History of the 2.7 K Temperature Prior to Penzias and Wilson. (PDF; 94,4 kB).
  4. ↑ Arno Penzias (8. Dezember 1978). The Origin of Elements, Nobel Lecture (English). Nobel Foundation. Abgerufen am 11. Dezember 2009.
  5. ↑ Robert Woodrow Wilson (8. Dezember 1978). The Cosmic Microwave Background adiation, Nobel Lecture (English). Nobel Foundation. Abgerufen am 11. Dezember 2009.
  6. ↑ McKellar: Publ. Astron. Soc. Pacific, Band 52, 1940, S. 187, Band 53, 1941, S. 233, Publ. Dom. Astrophys. Observ., Band 7, 1941, Nr. 15, S. 251.
  7. ↑ Dort S. 496. Er schrieb: „From the intensity ratio of the CN lines with K = 0 and K = 1 a rotational temperature of 2.3 K follows, which has of course only a very restricted meaning.“
  8. ↑ Paul A. Feldman: Interstellar Molecules from a Canadian Perspective. Part I: The Early Years.
  9. ↑ Doroshkevich, Novikov. In: Doklady Akad. Nauka USSR. Band 154, 1964, S. 809. Die Geschichte ist auch von Igor Nowikow, Dmitri Nowikow und Pavel Naselsky in ihrem Buch Physics of the Cosmic Microwave Background, Cambridge University Press 2006, diskutiert, insbesondere weisen sie die in Penzias’ Nobelvortrag publizierte Meinung zurück, in dem Aufsatz wäre der CMB aufgrund 1961 publizierter Messungen von Ohm ausgeschlossen worden.
  10. ↑ Originaldaten des FIRAS Teams.
  11. ↑ Fixsen u. a.: The Cosmic Microwave Background Spectrum from the Full COBE FIRAS Data Sets. Astrophysical Journal, 473, 576. 1996.
  12. ↑  G. Hinshaw u. a.: Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Data Processing, Sky Maps, and Basic Results. In: The Astrophysical Journal Supplement Series. 180, 17. Oktober 2008, S. 225–245, arxiv:0803.0732, doi:10.1088/0067-0049/180/2/225.
  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 13,5 Peter Schneider: Extragalaktische Astronomie und Kosmologie. Springer, 2008.
  14. ↑ Pressemitteilung der ESA (englisch),, abgerufen am 6. Februar 2012.
  15. ↑ Welt der Physik. Abgerufen am 6. Februar 2012.
  16. ↑ A. de Oliveira-Costa, u. a.: The significance of the largest scale CMB fluctuations in WMAP. In: Physical Review D. 69, 2004, S. 063516. arxiv:astro-ph/0307282. doi:10.1103/PhysRevD.69.063516.
  17. ↑ D. J. Schwarz, u. a.: Is the low-l microwave background cosmic?. In: Physical Review Letters. 93, 2004, S. 221301. arxiv:astro-ph/0403353. doi:10.1103/PhysRevLett.93.221301.
  18. ↑ P. Bielewicz, K. M. Gorski, A. J. Banday: Low-order multipole maps of CMB anisotropy derived from WMAP. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 355, 2004, S. 1283. arxiv:astro-ph/0405007. doi:10.1111/j.1365-2966.2004.08405.x.
  19. ↑ O. Preuss, H. Dittus, C. Lämmerzahl: Sterne und Weltraum. April 2007, S. 34.
  20. ↑ Nadatur Seshadri, Robert Crittenden: A detection of the integrated Sachs-Wolfe imprint of cosmic superstructures using a matched-filter approach. In: The Astrophysical Journal. 830, Nr. 2016, 2016, S. L19. arxiv:1608.08638. bibcode:2016ApJ...830L..19N. doi:10.3847/2041-8205/830/1/L19.
  21. ↑ Ruari Mackenzie: Evidence against a supervoid causing the CMB Cold Spot. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 470, Nr. 2, 2017, S. 2328–2338. arxiv:1704.03814. bibcode:2017MNRAS.470.2328M. doi:10.1093/mnras/stx931. „Another explanation could be that the Cold Spot is the remnant of a collision between our Universe and another ‘bubble’ universe during an early inflationary phase (Chang et al. 2009, Larjo & Levi 2010).“
  22. ↑ ESA: Planck Published Papers. 21. März 2013, abgerufen am 23. Dezember 2016.
  23. ↑ Staff (17. März 2014). BICEP2 2014 Results Release. Abgerufen am 18. März 2014.
  24. ↑ Ron Cowen: Gravitational waves discovery now officially dead. In: nature, 30. Januar 2015. 


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