火卫二是火星两颗卫星中较小的一颗。它是一个凹凸不平的小天体，沿最长轴测量长约 15 千米。由于形状不规则，它的宽度会因测量方向不同而不同。

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NASA 给出的火卫二尺寸约为 15 千米 × 12 千米 × 11 千米，分别对应长度、宽度和厚度，沿三条互相垂直的轴测量。NASA 的火星资料表给出的数字略有不同：它把火卫二模拟成一个椭球体——一种表面光滑的拉长球体——尺寸为 15.6 千米 × 12.0 千米 × 10.2 千米。

据 NASA 喷气推进实验室的数据，一个与火卫二体积相同的球体，直径约为 12.4 千米。和地球的月球一样，火卫二也始终以同一面朝向它所环绕的行星，它的最长轴指向火星。

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火卫二和火卫一一样，颜色暗淡，布满了大量陨石坑。它最大的陨石坑宽约 2.3 千米。由于一些陨石坑被部分填平，火卫二看起来比火卫一更光滑。

火卫二的引力太弱，无法留住撞击时扬起的尘土和岩石碎屑。火星的引力会把这些碎屑保持在靠近火卫二轨道的一圈环带中，而火卫二在运行时又会将它们重新扫回自身表面。陨石撞击还把它的表面粉碎成一层厚厚的松散岩石和尘土，这层物质被称为风化层，厚度或许可达 100 米。

火卫二每 30 小时绕火星一周，距离火星中心大约 2.35 万千米。阿萨夫·霍尔于 1877 年 8 月 11 日发现了火卫二，比他发现火卫一早六天。他以希腊战神阿瑞斯（罗马神话中对应火星）的两个儿子——福波斯和得摩斯——的名字为这两颗卫星命名，“得摩斯”意为“恐惧”。

两颗卫星的物质成分似乎都与小行星带外侧那些暗色、富含碳的小行星相似。科学家认为，它们可能是被火星引力捕获的小行星，也可能是太阳系形成初期遗留下来的碎片。