Kosmische Strahlung sind winzige Teilchen, meist Protonen, die mit unterschiedlichen Energieniveaus in die Erdatmosphäre einschlagen. Jede Sekunde treffen Milliarden von kosmischer Strahlung auf die Erde, die meisten davon mit recht geringer Energie. Hin und wieder trifft jedoch kosmische Strahlung mit extremen Energieniveaus auf die Erde. Das stärkste bisher aufgezeichnete war ein einzelnes Proton mit einer Energie von 50 J, was ungefähr einem Baseballspiel entspricht. Wissenschaftler können nicht erklären, wie einige der energiereichsten Strahlen zu ihrer Energie kamen.
Obwohl sie „kosmische Strahlung“ genannt werden, sollte beachtet werden, dass es sich bei der kosmischen Strahlung um punktförmige Teilchen und nicht um Strahlen handelt. Neben Protonen, die 90% der gesamten kosmischen Strahlung ausmachen, gibt es auch Heliumkerne, auch Alpha-Teilchen genannt, die weitere 9% ausmachen, und Elektronen, die die restlichen 1% ausmachen.
Der Weltraum ist mit einem Bad aus sich schnell bewegenden Teilchen gefüllt, dem sogenannten kosmischen Strahlenfluss. Kosmische Strahlung wird als ionisierende Strahlung bezeichnet, weil sie die Tendenz hat, Moleküle mit einer solchen Kraft zu treffen, dass sie die Elektronen von ihren konstituierenden Atomen abschlagen und zerstörerische Ionen erzeugen. Ein Stück Biomaterial, das lange genug in der kosmischen Umgebung ungeschützt bleibt, würde zu Schweizer Käse werden. Dies ist eine der größten Herausforderungen für die Besiedelung des Weltraums, und alle Designs von Weltraumkolonien verfügen über eine massive Abschirmung, um kosmische Strahlung abzuwehren.
Kosmische Strahlung erhält ihren Schwung durch hochenergetische kosmische Objekte und Ereignisse wie Neutronensterne, Supernovae und Schwarze Löcher. Die meisten kosmischen Strahlen stammen aus unserer eigenen Galaxie, wo sie von Supernovae ausgestoßen oder wie eine Schleuder aus dem steilen Gravitationsschacht eines Schwarzen Lochs abgeschossen werden. Tatsächlich ist das Vorhandensein bestimmter Leistungsstufen der kosmischen Strahlung ein Beweis dafür, dass Schwarze Löcher wirklich existieren.
Eine der höchsten Ebenen der Erdatmosphäre ist als Ionosphäre bekannt, da sie zusammen mit der Sonnenstrahlung ständig durch einfallende kosmische Strahlung ionisiert wird. Die Thermosphäre, die eine Teilmenge der Ionosphäre ist, erfährt durch ionisierende Strahlung eine Erwärmung von bis zu Tausenden von Grad, aber da die Teilchendichte hier relativ gering ist, würde es sich bei einem Besuch dort nicht so warm anfühlen.
Die energiereichste kosmische Strahlung kommt von superhochenergetischen Ereignissen außerhalb unserer Galaxie und bietet ein seltenes Fenster in die Funktionsweise des weiteren Universums. Physiker bauen mehrere Millionen Dollar teure Einrichtungen, um den Fluss der kosmischen Strahlung im Detail zu untersuchen.