Ziemia nie jest idealnie kulista. Jej kształt zbliżony jest do spłaszczonej kuli ale licznie zniekształconej. Co więcej, naukowcy sądzą, że jej kształt nie jest stały. A te przeobrażenia zachodzące we wnętrzu naszej planety mają wielki wpływ między innymi na kształt i siłę ziemskiego pola grawitacyjnego. Odstępstwa ziemskiego pola grawitacyjnego są spowodowane poprzez:

• spłaszczenie Ziemi wywołane jej ruchem obrotowym,
• zróżnicowanie powierzchni Ziemi – występowanie zarówno wysokich gór jak i głębi oceanicznych,
• niejednolite rozmieszczenie materiałów we wnętrzu Ziemi – występują nieregularności warstw w skorupie i płaszczu jak również rozmieszczenie mas wewnątrz każdej z warstw nie jest jednorodne,
• występowanie ropy, złóż minerałów oraz zbiorników wód podziemnych,
• zmiany poziomu morza, zmiany topografii, wybuchy wulkanów. W zależności od lokalizacji wiele z tych czynników może nakładać się na siebie oraz zmieniać się wraz z upływem czasu. Najważniejsze jest uzyskanie dokładnych pomiarów zmian grawitacji. Globalne pomiary pola grawitacyjnego Ziemi nie są jednak proste. Dlatego postanowiono zbadać grawitację z kosmosu. 17 marca 2002 roku wystartowała rakieta Rockot z dwoma bliźniaczymi satelitami na pokładzie. Rozpoczęła się amerykańsko-niemiecka misja GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment). Oba satelity znajdują się 500 km nad powierzchnią Ziemi i podążają jeden za drugim w odległości 220 km. Przelatują one nad obszarami silniejszego lub słabszego pola grawitacyjnego i potrafią je rozróżnić. Gdy podążający przodem satelita wchodzi w obszar silniejszego pola grawitacyjnego, oddala się nieznacznie od towarzysza. Dokładna wartość odległości oraz wartość wzajemnej prędkości satelitów są mierzone za pomocą umieszczonych na ich pokładzie instrumentów oraz systemu GPS z dokładnością sięgającą 10 mikrometrów, czyli około jednej dziesiątej grubości ludzkiego włosa! Dane gromadzone za pomocą GRACE są wykorzystywane do budowania trójwymiarowych modeli ziemskiego pola grawitacyjnego raz na 30 dni. Satelity mierzą rozkład masy na Ziemi z dokładnością od stu do tysiąca razy większą niż dotychczas. Badania ujawnią drobne zmiany, jakie dokonują się w polu grawitacyjnym Ziemi i być może dostarczą też wyjaśnień, skąd się one biorą. Poza monitorowaniem ziemskiej grawitacji uczeni planują otworzenie z nieznaną dotąd precyzją kształtu ziemskiej geoidy. Oczekuje się także, że satelity Grace będą wychwytywały zmiany w prądach oceanicznych, zasobach wód podziemnych i lodowcach, co pozwoli lepiej monitorować klimat Ziemi. O dokładności tej metody niech świadczy to, że według naukowców zaangażowanych w projekt statki Grace są w stanie zarejestrować czteromilimetrowe zmiany wysokości wody w basenie Mississippi o powierzchni 32 milionów kilometrów kwadratowych. Pod koniec 2002 roku satelita Grace zaczął przesyłać pierwsze wyniki swych niezwykle dokładnych pomiarów pola grawitacyjnego Ziemi. W ciągu 30 dni twierdzą specjaliści uzyskano więcej danych najlepszej jakości niż udało się nam zgromadzić przez ostatnie 30 lat. Satelita ma pracować do 2015 roku. W 2009 roku wysłano kolejną sondę należącą do Europejskiej Agencji Kosmicznej nazwaną GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) Cele są podobne jak poprzednio czyli stworzenie dokładnej mapy ziemskiej grawitacji. Satelita wykreślił też geoidę, czyli bryłę Ziemi, której powierzchnia nie jest równa jak powierzchnia kuli, ale za to jest w każdym miejscu prostopadła do siły ciężkości. Taka idealna powierzchnia wyznacza hipotetyczny poziom niewzburzonego wiatrem morza, a więc pomoże w mierzeniu wysokości obiektów znajdujących się na Ziemi i nad nią. Żeby dokonać pomiarów, ważący trochę ponad tonę GOCE krążył po bardzo ciasnej orbicie, ledwie 250 km nad poziomem morza. Ponieważ przechodzi przez resztki powietrza, ma bardzo aerodynamiczny kształt przypominający strzałę o długości 5,3 metrów i średnicy jednego metra. Satelita zaopatrzony był w silnik jonowy napędzany ksenonem. Misja została zakończona 11 listopada 2013 roku i satelita spłonął nad Oceanem Atlantyckim wchodząc w atmosferę ziemską.