Um corpo aproximadamente elipsoidal, Phobos mede 26,6 km (16,5 milhas) de largura no seu ponto mais largo. Gira uma vez em torno de Marte a cada 7 horas 39 minutos a uma distância média excepcionalmente próxima – 9.378 km (5.827 milhas) – numa órbita quase circular que fica apenas a 1° do plano equatorial do planeta. Como o período orbital do satélite é inferior ao período de rotação de Marte (24 horas 37 minutos), Phobos move-se de oeste para leste no céu marciano. O longo eixo de Phobos aponta constantemente para Marte; tal como acontece com a Lua da Terra, tem um período de rotação igual ao seu período orbital e por isso mantém a mesma face para o planeta.
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A superfície fortemente craterada de Phobos está coberta com um regolito cinzento muito escuro (detritos rochosos não consolidados) que reflecte apenas cerca de 6% da luz que cai sobre ela – cerca de metade da superfície da Lua. Este facto e a baixa densidade média do satélite (1,9 gramas por cm cúbicos) são consistentes com a composição de meteoritos condrite carbonáceos, sugerindo que Phobos pode ser um objecto semelhante a um asteróide capturado. Ranhuras lineares notáveis, tipicamente de 100 metros de largura e 20 metros de profundidade, cobrem grande parte da superfície. Há fortes indícios de que estão associados à formação da maior cratera em Phobos. Esta estrutura, conhecida como Stickney, mede cerca de 10 km (6 milhas) de largura. Observações precisas da posição de Phobos ao longo do século passado sugerem que as forças das marés de Marte estão lentamente a puxar o satélite em direcção ao planeta. Se tal for o caso, colidirá com Marte num futuro muito distante.