La planétologie au LESIA se développe, parallèlement aux activités spatiales, grâce à un programme suivi d'observations sur les télescopes au sol. Les programmes récents d'observation en infrarouge ou millimétrique concernent les atmosphères planétaires (Jupiter, Uranus, Titan, Vénus, etc.), les comètes, les astéroïdes et les objets de Kuiper.

Sur le VLT, le LESIA est impliqué dans un programme d'observation des objets de Kuiper, destiné à caractériser par spectrophotométrie la composition et la structure de ces objets lointains, ainsi qu'à déterminer des variations éventuelles de composition entre différentes classes d'objets. Des observations des planètes et de Titan sur le VLT en optique adaptative ont été effectuées.

Ces observations complètent et enrichissent les observations spatiales, et permettent de préparer les missions futures.

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