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Methoden der Planetologie sind erd- oder raumgestützte Messungen und besonders bildgebende Verfahren der Astronomie in den Bereichen des sichtbaren Lichtspektrums, des Infrarot und Radar, die Entsendung von Orbitern und Sonden zu den Untersuchungsobjekten, die Untersuchung von gewonnenen Proben vor Ort oder auf der Erde (bisher nur vom Mond, aus dem Sonnenwind und einem Kometen), die Untersuchung von Meteoriten sowie Modellrechnungen und theoretische Überlegungen.
Eine wichtige Rolle in der Planetologie spielen Analogieschlüsse anhand der Erkenntnisse von Geologie, Vulkanologie, Seismologie, Glaziologie, Hydrologie, Geophysik, Mineralogie, Meteorologie und anderer.
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