GRAIL任务由NASA于2011年发射，旨在以前所未有的精度测量月球引力场的变化。 两个相同的探测器“埃布”和“弗洛”被部署在近圆形极地轨道上，以探测月球内部最微小的密度异常。 它们的运作依赖于通过微波链路对两者间距进行超精密测量，该链路对微米级变化极为敏感。
当一枚探测器飞越月球密度较大的区域时，会受到稍强的引力作用而加速。 这种相对变化会改变两颗卫星之间的距离，该距离由微波干涉测量技术持续监测。 通过将这些距离变化与轨道位置相关联，科学家重建了月球全球引力图，以前所未有的分辨率揭示了其内部结构。 其原理基于关系式 \(\Delta g = \frac{GM}{r^2}\)，其中 \(\Delta g\) 代表引力场的局部变化。
所获得的地图使得对月球地壳厚度的估算在34至43公里之间，比预期更薄。 它们还揭示了大撞击盆地下方复杂的裂缝网络，表明地壳坚硬且充满裂隙。 这些数据为地幔分异、初始月球岩浆的结晶过程，以及卫星形成以来的热演化提供了重要见解。
| 参数 | 价值 | 单位 | 如何 |
|---|---|---|---|
| 平均海拔 | 55 | km | 用于最佳重力测量分辨率的近圆轨道 |
| 探针之间的平均距离 | 200 | km | 通过微波连续测量，灵敏度优于1微米 |
| 轨道周期 | 113 | 分钟 | 精细同步以检测局部重力梯度 |
| 引力分辨率 | ≈30 | km | GRAIL最终生成地图的空间限制 |
| 科学任务持续时间 | 9 | 月份 | 2012年3月至12月，受控月球撞击前 |
来源：NASA - GRAIL任务概述
差分重力测量原理直接源自21世纪初由Byron Tapley（1936年出生）及其合作者开发的GRACE项目。这两项任务均证明，重力可成为与地震学同样强大的行星内部探测工具。
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