10 сентября 2011 года NASA запустило к Луне аппараты GRAIL — Gravity Recovery and Interior Laboratory (лаборатория по изучению гравитации и внутреннего строения). Миссия была предназначена для картографирования гравитационного поля Луны. Изучая карты лунной гравитации, учёные могли исследовать внутреннюю структуру естественного спутника Земли.
Миллиарды лет назад удары астероидов оставили под лунной поверхностью плотные скопления вещества, которые могут оказывать дополнительное гравитационное воздействие на аппараты, обращающиеся вокруг Луны. Измеряя это притяжение, миссия GRAIL могла получить сведения о том, что находится под поверхностью спутника.
Миссия включала два одинаковых аппарата — Ebb и Flow, которые должны были летать вокруг Луны тандемом, фиксируя изменения её гравитационного поля. Оба зонда стартовали на одной ракете Delta II с мыса Канаверал во Флориде и достигли лунной орбиты почти через четыре месяца. Они картографировали Луну около девяти месяцев, после чего NASA приняло решение завершить миссию, и оба орбитальных аппарата упали на Луну.
Луна представляет собой необычное место: внешне она похожа на холодный серый шар из твёрдой породы, однако её плотность различается от участка к участку из-за странных «концентраций массы» (mass concentrations, или mascons — масконы), скрытых под лунной поверхностью. Это приводит к неравномерной, «комковатой» гравитации на разных участках лунной поверхности. Именно здесь и пригодились зонды Ebb и Flow: каждый из двух аппаратов нёс три прибора для картографирования внутреннего строения Луны, включая систему лазерной дальнометрии Lunar Gravity Ranging System, радиомаяк Radio Science Beacon и камеру MoonKam Lunar-Imaging system.
Совместно приборы составили детальную карту масконов Луны, чтобы отслеживать участки, где лунная гравитация превышает норму. Астрономы давно предполагали, что масконы на Луне и других планетах образовались в результате мощных ударов астероидов. «Данные GRAIL подтверждают, что лунные масконы возникли, когда крупные астероиды или кометы столкнулись с древней Луной, когда её недра были гораздо горячее, чем сейчас», — заявил Джей Мелош, соисследователь миссии GRAIL из Университета Пердью, в обзоре NASA.
Инструмент MoonKam представлял собой студенческий эксперимент (название расшифровывается как Moon Knowledge Acquired by Middle School Students — знания о Луне, полученные учащимися средней школы). Его создали студенты Калифорнийского университета в Сан-Диего совместно с фондом Sally Ride Science, чтобы побудить школьников изучать науку и космос. Имена Ebb и Flow для зондов GRAIL также предложили четвероклассники школы Эмили Дикинсон в Бозмане, штат Монтана, в рамках национального конкурса. Стоимость аппаратов GRAIL составила 496 миллионов долларов; они обращались вокруг Луны по чрезвычайно низкой орбите, приближаясь к поверхности на расстояние до 30 миль (50 км), а дистанция между ними колебалась от 109 до 140 миль (от 175 до 225 км).
NASA направило зонды GRAIL на столкновение с Луной 17 декабря 2012 года, когда запасы топлива достигли уровня, при котором поддержание низкой лунной орбиты стало невозможным. Аппараты упали на край кратера near северного полюса Луны, чтобы они не столкнулись неуправляемо с каким-либо местом вроде исторического района посадки Apollo.