Галактические лучи рождаются за пределами Солнечной системы и обрушиваются на земную атмосферу непрерывным потоком. Они могут возникнуть при вспышке сверхновой или испускаться другими звездами Галактики. Большей частью они состоят из протонов (ядер водорода) и альфа-частиц (ядер гелия) и несут огромный заряд энергии. Достигая верхних слоев земной атмосферы, эти первичные частицы сталкиваются с ядрами атомов газа, рассыпаясь дождем вторичных частиц, включающих протоны, нейтроны, электроны, мю-мезоны, пи-мезоны и нейтрино. Таким образом, первичные космические лучи не проникают сквозь атмосферу, и до поверхности Земли долетает лишь небольшая доля вторичных частиц. Однако в космосе для защиты астронавтов от галактической радиации приходится создавать специальную оболочку.

Солнце испускает непрерывный поток заряженных энергией ионизирующих частиц, состоящий в основном из протонов и электронов и распространяющийся по спирали со скоростью около 450 км / с. В обычном состоянии солнечный ветер на подходе к Земле содержит около пяти частиц на кубический сантиметр. Однако время от времени на поверхности Солнца случаются гигантские вспышки, выбрасывающие в межпланетное пространство огромное количество частиц. Эти вспышки, равные по мощности миллиарду мегатонных термоядерных реакций, сопровождаются выбросом до 10 млрд т частиц в течение нескольких секунд. Во время таких солнечных бурь на Землю обрушивается гораздо более сильный поток радиации. Прогнозировать такие вспышки, как и земную погоду, довольно сложно. Тем не менее известно, что цикл изменений солнечной активности составляет примерно 11 лет.

На Земле мы живем под защитой магнитного поля, препятствующего проникновению космической радиации. Оно задерживает заряженные частицы, собирая их в облако. Огромное количество этих частиц, в основном высокоэнергичных протонов и электронов, сосредоточено в двух различных областях над Землей, известных как внутренний и внешний радиационные пояса, открытые Джеймсом ван Алленом и его студентами в 1958 г. Каждый из поясов представляет собой «бублик» (выражаясь научным языком, тороид), охватывающий Землю и совмещенный по центральной оси с экватором. Внутренний пояс отстоит от поверхности Земли минимум на 300 км, а внешний простирается в космос на 45 000 км, то есть примерно на одну шестую расстояния до Луны.

Чтобы понять, как заряженные частицы улавливаются поясами Ван Аллена, представьте Землю в виде магнитного бруска, оканчивающегося на Северном и Южном полюсах. От одного торца магнита к другому проходят силовые линии. Они невидимы, однако их можно заставить проявиться с помощью железных опилок. Кроме того, их умеют обнаруживать некоторые виды бактерий и животных, обладающих «магнитным чувством». Линии магнитного поля Земли служат барьером для заряженных частиц в космических лучах. Частицы притягиваются к полюсам, вращаясь и кружась. На полюсах некоторые из них все же прорываются в земную атмосферу, однако большинство устремляется вдоль силовой линии в обратный путь. Этот бесконечный круговорот протонов и образует пояса Ван Аллена.

Для астронавтов и спутников радиационные пояса представляют серьезную опасность, грозя облучением до 200 мЗв / ч. Поэтому высота орбитальных полетов не превышает 400 км. На этих низких орбитах радиация в основном невелика – за исключением одного участка над Южной Атлантикой. Шаттл, совершая витки по орбите, проходит над этим участком около шести раз в день, и именно там экипаж собирает основную дозу получаемой в космическом полете радиации. На других девяти орбитах шаттл через Южно-Атлантическую аномалию не проходит, поэтому все внебортовые работы совершаются на этих орбитах.

Хотя в космосе уровень радиации обычно низок, долговременное воздействие может повлиять на генетический материал (ДНК), повышая риск развития рака, а поражение ДНК половых клеток (яйцеклеток или сперматозоидов) грозит бесплодием или рождением у астронавтов детей с генетическими отклонениями. Непосредственную опасность представляет интенсивное облучение от солнечных вспышек, поскольку оно убивает клетки сразу – смерть может наступить через несколько часов в результате поражения центральной нервной системы или через несколько дней из-за гибели лейкоцитов или быстро делящихся клеток, выстилающих стенки кишечника. Попав под облучение от солнечной вспышки, астронавт через несколько часов погибнет от острой лучевой болезни. Более того, поскольку всплеск солнечной активности может продолжаться не один час и даже не один день, кумулятивное воздействие низких доз облучения тоже может оказаться критическим. К счастью, солнечные вспышки случаются достаточно редко.

Обычно для обнаружения космической радиации необходимы специальные приборы, однако в некоторых случаях ее можно увидеть и невооруженным глазом. Базз Олдрин и Нил Армстронг по дороге на Луну и обратно в спускаемом аппарате «Игл» наблюдали необычные белые вспышки, похожие на звезды. Похожие белые сполохи или короткие световые полосы замечали (причем обычно с закрытыми глазами) и другие астронавты в последующих лунных экспедициях по программе «Аполлон». Вспышки возникали с частотой одна-две в минуту. Предположительно, их вызывали галактические лучи, проходящие сквозь стены корабля и достигающие глаз астронавтов. Подтверждением этой гипотезе служат схожие световые вспышки, наблюдаемые добровольцами, подвергающимися воздействию искусственно созданных пучков частиц. О таких же вспышках докладывали и экипажи некоторых шаттлов, особенно при проходе через Южно-Атлантическую аномалию и по самой низкой орбите над полюсами. В их случае, судя по всему, источником вспышек служили радиационные пояса. На какие именно элементы органов зрения воздействует ионизирующая радиация, науке пока неизвестно, однако, по общему мнению, заряженные частицы возбуждают сетчатку.